FACTORES QUE AFECTAN LA RESISTENCIA A FATIGA DANIELA TURCO TARAZÓN UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR Caracas, 15 de mayo. 2.006 (ver las notas en el documento)

FACTORES QUE AFECTAN LA RESISTENCIA A FATIGA TIPO DE CARGA DIMENSIONES DE LA PIEZA ACABADO SUPERFICIAL CONCENTRACIÓN DE ESFUERZOS TEMPERATURA

CL TIPO DE CARGA Se refiere al tipo de carga a que está sometida la pieza: Axial Flexión Torsión Genera esfuerzos uniaxiales. -Rotativa: todas las fibras sometidas a esfuerzos máximos. -Alternativa: sólo dos fibras sometidas a esfuerzos máximos. (Mayor resistencia ya que zonas de la pieza más débiles pueden escapar de los puntos críticos). Referencia: MARTÍNEZ R., Aquiles. Criterios fundamentales para resolver problemas de resistencia de materiales. Volumen 2. Edt: Equinoccio. 2.004. En la práctica: misma resistencia para ambos casos. Genera esfuerzos tangenciales.

CD DIMENSIONES DE LA PIEZA Experimentalmente… - Flexión y torsión: el límite de fatiga baja rápidamente mientras se aumenta el diámetro de la probeta. Después de f = 2¨, tiende a ser constante - Tracción: la variación del diámetro de la probeta no produce alteración. Para 103 ciclos, el factor dimensiones de la pieza es despreciable. Referencia: MARTÍNEZ R., Aquiles. Criterios fundamentales para resolver problemas de resistencia de materiales. Volumen 2. Edt: Equinoccio. 2.004.

El efecto del acabado para 103 ciclos se considera despreciable. CS ACABADO SUPERFICIAL Rugosidad: introduce concentración de esfuerzos. Proceso de generación del acabado: varía las propiedades físicas del material. Mecanizado: introduce esfuerzos residuales. Afecta sobre todo a materiales homogéneos y de grano fino. Referencia: MARTÍNEZ R., Aquiles. Criterios fundamentales para resolver problemas de resistencia de materiales. Volumen 2. Edt: Equinoccio. 2.004. El efecto del acabado para 103 ciclos se considera despreciable.

Depende exclusivamente de la geometría del material. KT CONCENTRACIÓN DE ESFUERZOS Depende exclusivamente de la geometría del material. Las fallas por concentración de esfuerzos no son proporcionales a KT sino a un factor Kf que depende también de la carga q, y se puede calcular tanto experimental como analíticamente, mediante la ecuación: Kf = q ( KT - 1 ) + 1 Referencia: MARTÍNEZ R., Aquiles. Criterios fundamentales para resolver problemas de resistencia de materiales. Volumen 2. Edt: Equinoccio. 2.004. Para uniones entre árboles, cubos, roscas y chaveteros; también se han determinado valores de Kf de manera experimental.

CT EFECTO DE LA TEMPERATURA La temperatura varía todas las propiedades mecánicas de los materiales. En el caso del acero, se pierde el límite de fatiga. Éste es un factor difícil de precisar, por lo que es preferible realizar pruebas de laboratorios para determinarlo en materiales nuevos. Referencia: MARTÍNEZ R., Aquiles. Criterios fundamentales para resolver problemas de resistencia de materiales. Volumen 2. Edt: Equinoccio. 2.004.

TABLAS DE ANÁLISIS DE FALLA POR FATIGA Y DIAGRAMA DE WöHLER Estos valores son ciertos para materiales de acero ya que los datos experimentales fueron obtenidos utilizando probetas de este material. Los valores de CT que se muestran en esta tabla son para aceros que no trabajan a altas temperaturas.

CL TIPO DE CARGA Para S106: b) Para S103: - Flexión Alternativa: CL= 1 - Flexión Rotativa: CL= 1 - Flexión Alternativa: CL= 1 - Carga Axial Alternativa: CL= 0.9 - Torsión Alternativa: CL= 0.58 b) Para S103: - Flexión Rotativa: CL’ = 0.9 - Flexión Alternativa: CL’ = 0.9 - Carga Axial Alternativa: CL’ = 0.75 - Torsión Alternativa: CL’ = 0.72

CD DIMENSIONES DE LA PIEZA Afecta sólo a S106: - Carga Axial Alternativa: CD = 1 - Flexión o Torsión: d < 0.4’’ CD = 1 - Flexión o Torsión: 0.4 < d < 2’’ CD = 0.9 - Para todo tipo de carga: d > 2’’ CD = 0.75 (sugerido)

CT EFECTO DE LA TEMPERATURA Afecta a S106 y a S103: T < 450º C (840º F) CT = 1 450º C < T < 550º C CT = 1- 5.8 X 10-3 (T- 450º C) 840º C < T < 1020º F CT = 1- 302 X 10-3 (T- 840º F)

Acero templado y revenido > 200 BHN FACTORES Kf PARA ROSCAS Material Roscas formadas Roscas mecanizadas Acero recocido < 200 BHN 2.2 2.8 Acero templado y revenido > 200 BHN 3.0 3.8 Datos obtenidos para roscas de 3/8”, pueden ser utilizados conservadoramente para roscas menores. Para roscas mayores, aumentar el Kf

Acero templado y revenido > 200 BHN FACTORES Kf PARA CHAVETEROS Chaveteros tipo A Chaveteros tipo B Material Flexión Torsión Acero recocido < 200 BHN 1.6 1.3 Acero templado y revenido > 200 BHN 2 Factores Kf para Ajustes: Ajuste prensado: Kf = 2 Combinación ajuste prensado con chaveta o lengüeta: Kf = 2.5 a 3

CS ACABADO SUPERFICIAL

q FACTOR DE PETERSON

KT CONCENTRACIÓN DE ESFUERZOS FLEXIÓN:

KT CONCENTRACIÓN DE ESFUERZOS AXIAL:

KT CONCENTRACIÓN DE ESFUERZOS TORSIÓN:

KT CONCENTRACIÓN DE ESFUERZOS FLEXIÓN:

KT CONCENTRACIÓN DE ESFUERZOS AXIAL:

KT CONCENTRACIÓN DE ESFUERZOS TORSIÓN:

KT CONCENTRACIÓN DE ESFUERZOS FLEXIÓN:

KT CONCENTRACIÓN DE ESFUERZOS AXIAL:

KT CONCENTRACIÓN DE ESFUERZOS FLEXIÓN, AXIAL Y TORSIÓN:

KT CONCENTRACIÓN DE ESFUERZOS FLEXIÓN:

KT CONCENTRACIÓN DE ESFUERZOS AXIAL:

ALGUNAS IMÁGENES SOBRE LA FATIGA

ESTUDIO DE FATIGA DE UNA PIEZA Referencia: www.iberisa.com

MÁQUINA DE CARACTERIZACIÓN MECÁNICA Referencia: www,ctm.upc.es

Fractura del eje de una soplante por fatiga Referencia: www.aicia.es

Análisis estructural y a fatiga de un silo según Eurocódigo Referencia: www.natec-ingenieros.com

REPRESENTACIÓN DE UNA MÁQUINA DE ENSAYO DE FATIGA                                                                                                                                                               Referencia: www.2.ing.puc.cl