UNIVERSIDAD TECNICA DE AMBATOFacultad de ingeniera en Sistemas,
electrnica e Industrial en procesos.
Objetivo:Determinar las caractersticas principales de
resistencia por fatiga y prediccin de fallos de un elemento de
mquinas para que pueda disearse con seguridad mediante el estudio
de los factores que intervienen en estos.Desarrollo:Resistencia a
la fatigaEs la capacidad de un material de recibir cargas de
fatiga. Ex el valor de esfuerzos que puede resistir un material
durante una cantidad dada de ciclos de carga y si la cantidad de
ciclos es infinita se llama LIMITE DE FATIGA.
A, B, D Materiales con lmite de fatigaC Metales no ferrosos
Resistencia a la fatiga = 0.50 (resistencia ultima a la tensin)=
0.50 (Su)
Resistencia a la fatiga real o estimada.Cuando las condiciones
de operacin reales para una pieza de mquina, son distintas de
aquellas para las que se determin resistencia la fatiga, esta se
debe reducir respecto al valor consultado. Esto es vlido para,
materiales sometidos a esfuerzos de tensin normal, como flexin y
tensin axial directa, la resistencia a la fatiga cortante se
describe por separado.Procedimiento para estimar la resistencia
real a la fatiga (Sn)1. Se especifica el material para la pieza y
determina su resistencia ultima de tensin Su mediante la
consideracin de su condicin, tal como se usara en servicio.2.
Especifique el proceso de manufactura usado para producir la parte,
con especial atencin al estado de la superficie en la zona donde
los esfuerzos sean mayores.3. Emplear la figura para estimar la
resistencia a la fatiga modificada Sn.
4. Aplicar el factor del material Cm de la siguiente lista.
5. Aplicar el factor de tipo de esfuerzo: Cst =1.0 para el
esfuerzo flexionante y Cst= 0.80 para la tensin axial.6. Aplicar el
factor de confiabilidad Cr de las tablas.
7. Aplicar un factor de tamao Cs, y las tablas como gua.
8. Calculo de la resistencia la fatiga estimada real Sn = Sn
(Cm) (Cst) (Cr) (Cs)Sn = resistencia real a la fatiga.Cm= factor
del material.Cst= factor de tipo de esfuerzo.Cr= factor de
confiabilidad.Cs= factor de tamao.
Acabado superficial.
Las superficies ms speras tienen una mayor probabilidad de que
se formen grietas microscpicas que pueden avanzar y causar fallas
por fatiga.Deben protegerse las superficies crticas de las partes
con carga de fatiga contra golpes, muescas y corrosin, por que
reducen la resistencia a la fatiga de forma drstica. Factor de
material.
Los materiales forjados se suelen laminar o estirar y en el caso
tpico tienen mayor resistencia a los colados, o metales
pulverizados debido a que disminuyen su probabilidad de que haya
grietas o inclusiones internas.
Factor de tipo de esfuerzo.
Se realiza en pruebas donde se usa una barra cilndrica giratoria
sujeta a la flexin repetida e invertida. Donde la parte externa
experimenta un esfuerzo mximo y disminuye linealmente hacia el
interior.
Factor de confiabilidad.
Pruebas que tienen la resistencia ltima y condicin de
superficies adecuadas, en estas pruebas tienen una fiabilidad de
50% por lo que la mitad de las piezas fallaran, de manera que se
pueden aplicarse ciertas hiptesis acerca de la forma de distribucin
factores de confiabilidad aproximados (CR).
Factor de tamao secciones circulares en flexin giratoria.
Se demuestra que cuando aumenta el dimetro de un espcimen
redondo en flexin giratoria, disminuye la resistencia a la fatiga
por que la gradiente de esfuerzo asigna mayor proporcin de material
a la regin con ms esfuerzo.
Factor de tamao- otras condiciones.
Debido a que el esfuerzo es directamente proporcional al radio
se necesitara.
Puede ser aplicada para se3cciones circulares macizas o huecas
cuando estn sometidas a flexin rotatoria.
Seccin circular no giratoria sometida a flexin repetida e
invertida.
Se determinara el dimetro equivalente.
Seccin rectangular en flexin repetida en invertida.
Otros factores:GrietasTemperaturaPropiedad no uniformes del
materialEsfuerzos residuales.- las fallas suelen aparecer en
lugares de esfuerzo relativamente grandes Corrosin y factores
ambientales.Nitruracin.- Proceso de endurecimiento superficial para
el acero de aleacin aumenta la resistencia por fatiga en un 50%
ms.
Efecto de la relacin de esfuerzos sobre la resistencia a la
fatiga.
Ejemplo:
Prediccin de fallas.Al disear se tiene considerar las diversas y
eventuales fallas para evitar que las mismas no sucedan.
Mtodos de prediccin de fallos:
Mtodo del esfuerzo normal mximo para esfuerzo esttico uniaxial
en materiales frgiles.Indica que se rompe cuando el esfuerzo normal
mximo sea de tensin o compresin es mayor que la resistencia ultima
del material. Es aplicado a materiales frgiles ya que estos no
ceden y no pueden redistribuir el esfuerzo aumentado.
Mtodo de Mohr modificado para esfuerzo esttico biaxial en
materiales frgiles.Cuando se aplica esfuerzos en ms de una misma
direccin o se aplican al mismo tiempo esfuerzo normal y esfuerzo
cortante es necesario calcular los esfuerzos principales.
Este diagrama nos ayudara a determinar N factores de diseo y se
establece la hiptesis que los esfuerzos aumenta proporcionalmente
al aumento de cargas.1) Trazar el diagrama de Mohr modificado.2)
Graficar los puntos.3) Trazar una lnea de carga desde el origen
hasta el punto de carga A y prolongarla hasta la lnea de falla en
el diagrama en el punto modificado Af.4) Determinar las distancias
OA Y OAf.5) Calcular el factor de diseo N= OAf/OA.6) Tambin las
proyecciones de los puntos A y Af sobre los esfuerzos principales
se pueden emplear por la relacin de N.Mtodo de esfuerzo de fluencia
para esfuerzos estticos uniaxial normales en materiales dctiles.Es
posible la falla cuando el esfuerzo real aplicado es mayor que el
esfuerzo de fluencia, para caso normal se puede despreciar las
concentraciones de esfuerzos para cargas estticas en materiales
dctiles.Cuando el esfuerzo local llega a la resistencia de fluencia
del material cede en realidad, pero el proceso el esfuerzo se
distribuye a otras zonas.
Mtodo de esfuerzo cortante mximo para esfuerzos estticos
biaxiales dctiles.Se muestra cuando el esfuerzo cortante mximo en
un componente bajo carga es mayor que un espcimen de prueba de
tensin cuando se inicia la fluencia. Se lo puede analizar mediante
el crculo de Mohr.
Mtodo de la energa de distorsin para esfuerzos estticos
biaxiales o triaxiales en materiales dctiles.Se emplea en esfuerzo
de von Mises.
Existe falla cuando el esfuerzo von Mises es > Esfuerzo
permisible.Se dice que las combinaciones de esfuerzos principales
que estn dentro de la elipse son seguras, mientras que las que estn
afuera podran causar fallas.
Aqu se puede visualizar que es peligrosos en el segundo y cuarto
cuadrante.Forma alterna del esfuerzo de von Mises.
Mtodo de energa de distorsin triaxiales.
Mtodo de Goodman para fatiga bajo esfuerzo fluctuante en
materiales dctiles.Esfuerzo fluctuante es cuando se someten a un
esfuerzo distinto de cero, las combinacio0nes de esfuerzos medios y
de esfuerzo alternativo que estn arriba de la lnea horizontal
indican las posibles fallas.
Ecuacin:
Ecuacin de diseo.
Comprobacin por fluencia temprana en el ciclo. Ecuacin de diseo
para la lnea de fluencia. Para hallar el factor efectivo de
diseo.Mtodo de Gerber para esfuerzo fluctuante en materiales
dctiles.Es un estimador mucho ms preciso para determinar las fallas
por fatiga.
Ecuacin.
Mtodo de Soderberg para esfuerzo fluctuante en materiales
dctiles.
Conclusiones:Los resultados presentados mediante el estudio nos
permiten determinar una mejor forma de seleccionar el mtodo que
utilizaremos para determinar fallar y calcular de mejor manera la
resistencia por fatiga.Bibliografa:Mott, R. L., Snchez, S. S.,
Fernndez, . H., & Snchez, J. V. (2006).Diseo de elementos de
mquinas. Pearson Educacin.2