Informe Fatiga en Acero

Laboratorio de Mecánica de los

Materiales IITema: ENSAYO DE FATIGA EN ACERO

Integrantes: Aguirre Kevin Allauca Santiago Duque Freddy Guerra Gabriel Salagaje Andrés

NRC: 4324Fecha de entrega: Sangolquí, 2015/01/13

ContenidoTEMA: ENSAYO DE FATIGA EN ACERO..............................................................2

OBJETIVO:.........................................................................................................2

MARCO TEORICO:.............................................................................................2

EQUIPO:............................................................................................................4

PROCEDIMIENTO:.............................................................................................4

PREGUNTAS PARA EL INFORME:.......................................................................4

Conclusiones...................................................................................................12

Recomendaciones...........................................................................................12

OBSERVACIONES:............................................................................................12

BIBLIOGRAFIA:................................................................................................13

Anexos............................................................................................................13

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TEMA: ENSAYO DE FATIGA EN ACERO

OBJETIVO:Determinar la resistencia a la fatiga del acero

MARCO TEORICO:Un punto H de un eje a flexión que rota, experimenta cambios en el valor del esfuerzo flector

σ=MyI

Describiendo una función de σ vs tiempo (vuelta), así

A este comportamiento se le conoce como fatiga, tal que en el momento en que el eje se rompe, al número de ciclos alcanzado y al esfuerzo al cual rompe, se le conoce como

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Resistencia a la fatiga S (σ=MyI ), obteniéndose el diagrama esfuerzo de falla por fatiga S

vs el número de ciclos al cual rompe N

EQUIPO:1. Calibrador pie de rey, flexómetro2. Probeta de acero de sección circulas para fatiga3. Pesos de diferente valor 4. Máquina para ensayos de fatiga

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Fig. 1 Equipo

PROCEDIMIENTO:1. Medir la dimensión de la sección circular de la probeta de acero.2. Medir las dimensiones AC, CD, DB del eje de la máquina.3. Aplicar cargas en el eje de la máquina de fatiga, considerando que el peso del porta

pesas es 18,512 Kg.4. Medir el número de revoluciones a la se rompe la probeta.5. Medir la temperatura de la probeta al momento de la rotura.6. Observar la sección de la rotura de la probeta.7. Hacer firmar las hojas de registro.

PREGUNTAS PARA EL INFORME:1. Describir la observación de la sección de rotura de la probeta

Se pudo observar que el material falla prácticamente porque cada punto pasa de tracción a compresión periódicamente, que son acumulados en los puntos de tensión formando una especie de crestas que se originan en el agrietamiento.

El aspecto de las piezas rotas por fatiga presenta en su superficie de rotura dos zonas características que son:

Una zona lisa, de estructura finísima y brillante: la rotura por fatiga se da después de un periodo relativamente largo.

Una zona de cristales grandes, o de estructura fibrosa: cuando la rotura por fatiga se da instantáneamente debido a la disminución de sección.

2. Indicar la razón por la cual la temperatura aumenta

Se produce por la transformación de energía mecánica a energía térmica en los puntos de tensión debido al cambio constante de esfuerzos en estos puntos, dicha temperatura es

5

4

factor influyente en la rotura ya que a mayor temperatura el material tiende a expandirse y así se facilita la rotura.

Por las vibraciones u oscilaciones q tenía la probeta por cada ciclo, con esfuerzos de tracción y compresión. En general, el aumento de temperatura favorece la deformación plástica (el deslizamiento de dislocaciones es más fácil), y las bajas temperaturas favorecen la fractura.

Tensión de fluencia (movimiento de dislocaciones) disminuye al aumentar la temperatura.

Resistencia a fractura (enlaces) casi independiente de la temperatura.

En nuestro caso utilizamos dos probetas, con diferente carga cada una, de tal manera que estas sufrieron variaciones de temperatura diferente, así:

PROBETA CARGA [kg]

TEMPERATURA INICIAL [°C]

TEMPERATURA FINAL [°C]

1 18.512 20 1332 20.058 20 44

3. Dibujar los diagramas de fuerza cortante y momento flector del eje de máquina-probeta.

Figura 2. DCL del equipo

AC=19.5 cm

CD=32.2cm

DB=20.5cm

Para los diagramas debemos calcular las reacciones en A y en B:

Para la probeta 1: P=9.256 kg

∑M A=0 72.2RB=19.5P+51.7 P

6

RB=9.1278kg

∑ F y=0

RA+RB=2P

RA=9.3841 kg

Para: 0<x<19.5

Figura 3. Corte AC

∑ F y=0

RA=V 1

V 1=9.384

∑M A=0

M 1=V 1x

M 1=9.384 x

Para: 19.5<x<51.7

Figura 4. Corte CD

∑ F y=0

RA=V 2+9.256

V 2=0.128

∑M A=0

M 2=9.256∗19.5+V 2 x

M 2=0.128 x+180.492

Para: 51.7<x<72.2

7

Figura 5. Corte DB

∑ F y=0

RA=V 3+9.256+9.256

V 3=−9.1279

∑M A=0

M 3=9.256∗19.5+9.256∗51.7+V 3 x

M 3=−9.1279 x+659.03

0 10 20 30 40 50 60 70 80

-6.000

-4.000

-2.000

0.000

2.000

4.000

6.000

Fuerza cortante

Figura 6. Fuerza cortante

0 10 20 30 40 50 60 70 800.000

10.000

20.000

30.000

40.000

50.000

60.000

70.000

80.000

90.000

100.000

Momento flector

Figura 7. Momento flector

Para la probeta 2: P=10.029kg

8

∑M A=0

72.2RB=19.5P+51.7 P

RB=9.89 kg

∑ F y=0

RA+RB=2P

RA=10.168 kg

Para: 0<x<19.5

Figura 8. Corte AC

∑ F y=0

RA=V 1

V 1=10.168 kg

∑M A=0

M 1=V 1x

M 1=10.168 x

Para: 19.5<x<51.7

Figura 9. Corte CD

∑ F y=0

RA=V 2+10.029

V 2=0.139

∑M A=0

M 2=10.029∗19.5+V 2 x

M 2=0.139 x+195.5655

Para: 51.7<x<72.2

9

Figura 10. Corte DB

∑ F y=0

RA=V 3+10.029+10.029

V 3=−9.89

∑M A=0

M 3=10.029∗19.5+10.029∗51.7+V 3x

M 3=−9.89x+714.06

10

0 10 20 30 40 50 60 70 80

-6.000

-4.000

-2.000

0.000

2.000

4.000

6.000

Fuerza cortante

Figura 11. Fuerza cortante

0 10 20 30 40 50 60 70 800.000

10.00020.00030.00040.00050.00060.00070.00080.00090.000

100.000

Momento flector

Figura12. Momento flector

4. Calcular el esfuerzo flector máximo de la probeta

o Para la probeta 1

El momento máximo se obtuvo en el punto D y es

Mmax=187.117kg∗cm

Inercia:

I=π∗d4

64= π∗7.14

64

I=124.739cm4

Esfuerzo:

σ=M∗yI

=

187.117∗7.12

124.739=5.325 kg

cm2

o Para la probeta 2

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El momento máximo se obtuvo en el punto D y es

Mmax=202.747kg∗cm

I=π∗d4

64= π∗6.324

64

I=78.313cm4

Esfuerzo:

σ=M∗yI

=

202.747∗6.322

78.313=8.181 kg

cm2

5. Ubicar el esfuerzo flector y el número de ciclos, sobre un diagrama σ(S) vs N. (Resistencia a la fatiga vs número de ciclos).

o Para la probeta 1

Numero de ciclos:

t=52 s=0.866min

x=1725 rpm∗0.8942min=1495 ciclos

o Para la probeta 2

Numero de ciclos:

t=7.75 s=0.129min

x=1725 rpm∗0.4min=222.81 ciclos

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1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1 2.2 2.30

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

Resistencia a la fatiga

Figura 13 Diagrama esfuerzo vs ciclos

Comparación de la falla obtenida en el acero

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CONCLUSIONES.Gráficamente la curva tiende a ser una recta, esto se debe a diversos factores como tipo de material y diámetro de la probeta.

Se puede ver en el grafico que a mayor carga que se le aplica a la probeta, menor será el número de revoluciones que soportara.

La técnica de la probeta de rotación en flexión con la máquina de Moore es la prueba mejor conocida; con esta, se vigila y supervisa el crecimiento de la grieta por fatiga.

RECOMENDACIONESAnalizar detenidamente los diagramas de fuerza cortante y momento flector, ya que nos será de gran ayuda para encontrar el esfuerzo máximo del material.

Estar atentos al momento que se rompe la probeta para poner un freno al motor y no haya daños, así mismo para medir inmediatamente la temperatura final, ya que podría enfriarse.

Colocar correctamente la probeta a analizar en el equipo para no tener mayor error al momento de realizar el informe.

Medir correctamente la temperatura inicial con el multímetro, así como la temperatura final, ya que estos valores serán de gran importancia para el análisis de fatiga de cada una de las probetas.

OBSERVACIONES:Trabajar en unidades Kg, cm, Kg/cm2

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BIBLIOGRAFIA: Gere, J. & Timoshenko, S. (1986). Mecanica de Materiales. México D.F.,

México: Grupo Editorial Iberoamérica Pytel, A. & Singer, F. (2008). Resistencia de los Materiales. México D.F.,

México: Alfaomega Grupo Editor

ANEXOS

A continuación, se presentan evidencias de la realización de la práctica en el

Laboratorio de Mecánica de Materiales

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