Ensayo de fatiga y termofluencia

PREGUNTAS CALCULO POR FATIGA

¿Qué sucede en una pieza cuando actúan cargas alternadas repetidas?
¿Qué sucede con la estructura del material cuando actúan cargas periódicas?
¿A qué se debe la destrucción por fatiga?
¿Qué sucede en los cristales cuando las tensiones adquieren cierto valor?
¿Qué sucede en el caso de cargas y descargas alternadas?
¿Qué se observa donde se produce la destrucción por fatiga?
¿A qué se denomina fatiga?
¿A qué se denomina destrucción por fatiga?
¿A qué se denomina ciclo?
Caracterizar los diferentes ciclos de tensiones
¿Cómo se determina la curva de la fatiga para el ciclo simétrico?
¿Cómo se establece el límite de resistencia a la fatiga?
Cuando actúan cargas alternadas repetidas la destrucción por fatiga ocurre como consecuencia del desarrollo progresivo de grietas, que se denomina grieta de fatiga.
. Cuando actúan cargas periódicas, la estructura del material no se altera.
. La destrucción por fatiga se debe a las particularidades de la estructura molecular y cristalina de la materia. Parece ser que se debe a la heterogeneidad de la estructura del material.
. Los distintos cristales del metal tienen distinta resistencia en las diferentes direcciones. Por esto, cuando las tensiones adquieren cierto valor, en algunos cristales aparecen deformaciones plásticas.
En el caso de cargas y descargas alternadas, aparece el endurecimiento, aumentando así la fragilidad del metal.
En la sección donde ocurre la destrucción se puede observar claramente dos zonas: una de superficie lisa, esmerilada (zona del desarrollo paulatino de la grieta) y otra de superficie rugosa (zona de destrucción definitiva, debida al debilitamiento de la sección).
La acumulación de transformaciones mecánicas irreversibles en el material al aplicar cargas cíclicas se denomina fatiga.
la destrucción, como consecuencia del desarrollo paulatino de las grietas, se denomina destrucción por fatiga.
. El conjunto de todos los valores de las tensiones en el intervalo de tiempo correspondiente a un período se denomina ciclo. Se puede decir también que se llama ciclo cada cambio unitario de las tensiones.
El ciclo de las tensiones alternadas se caracteriza por : La tensión máxima en el sentido algebraico de la palabra max La tensión mínima min La tensión mediamax +min) / 2. La tensión media (estática) del ciclo es la componente del ciclo que no varía en función del tiempo (puede ser positiva o negativa) La amplitud del ciclo a = max + min) / 2. La amplitud de las tensiones del ciclo es el valor máximo (positivo) de la componente variable del ciclo tensiones. El coeficiente de asimetría del ciclo R = min / max Los ciclos de igual R se los denomina semejantes.
La probeta
1 se fija en el mandril 2 del husillo de la máquina, que gira con cierta velocidad angular. En el extremo de la probeta se coloca un cojinete 3, a través del cual se transmite la fuerza P de dirección constante. En estas condiciones, la probeta se somete a flexión de ciclo simétrico. En l punto
A más peligroso de la sección I – I de la probeta, está sometida a una tensión de tracción s, puesto que el voladizo se flexiona con la parte convexa hacia arriba. Después que la probeta gire media revolución, el punto A se situará abajo, en la zona comprimida, y la tensión él ser – s. Después de la media vuelta siguiente el punto A volverá a encontrarse de nuevo en la parte de arriba. Al pasar por la línea neutra, la tensión en el punto A será igual a cero.
Para cálculos por resistencia, cuando actúan tensiones alternadas repetidas, se debe conocer las características mecánicas del material, que se determinan mediante ensayos de probetas en máquinas especiales. El ensayo más simple y difundido es el de probetas sometidas a un ciclo simétrico de tensiones.

Curva de la fatiga para el ciclo simétrico. Límite de resistencia a la fatiga

1.- ¿Que se debe conocer para los cálculos por resistencias cuando actúan tensiones alternas repetidas?

2.- ¿Qué ensayo se realiza?

3.- Describir como se coloca la probeta y que sucede con la misma

4.- ¿Cómo se realiza el ensayo?

5.- ¿Cómo se denomina al valor máximo de la tensión que el material puede resistir?

6.- ¿Qué sucede con la probeta de acero al carbono?

7.- ¿Qué sucede en los materiales no ferrosos y de acero templado?

8.- ¿Cómo es en la mayoría de los metales el límite de resistencia a la fatiga con respecto al límite de fluencia?

9.- ¿Qué sucede con muchas piezas de máquinas durante su servicio?

1.- Para cálculos por resistencia, cuando actúan tensiones alternadas repetidas, se debe conocer las características mecánicas del material, que se determinan mediante ensayos de probetas en máquinas especiales.

2.- El ensayo más simple y difundido es el de probetas sometidas a un ciclo simétrico de tensiones

3.- La probeta 1 se fija en el mandril 2 del husillo de la máquina, que gira con cierta velocidad angular. En el extremo de la probeta se coloca un cojinete 3, a través del cual se transmite la fuerza P de dirección constante. En estas condiciones, la probeta se somete a flexión de ciclo simétrico. En l punto A más peligroso de la sección I – I de la probeta, está sometida a una tensión de tracción , puesto que el voladizo se flexiona con la parte convexa hacia arriba. Después que la probeta gire media revolución, el punto A se situará abajo, en la zona comprimida, y la tensión él ser -. Después de la media vuelta siguiente el punto A volverá a encontrarse de nuevo en la parte de arriba. Al pasar por la línea neutra, la tensión en el punto A será igual a cero.

4.- Los ensayos se hacen en el orden siguiente. Se escogen 10 probetas iguales de superficie pulida y de diámetro generalmente entre 6 a 10 mm. La primera probeta se carga hasta una tensión 1 para que se destruya después de un número N1 de revoluciones (ciclos) relativamente pequeño. Aquí se tiene en cuenta la tensión máxima del ciclo en el punto más cargado de la sección. En el caso de la flexión, la tensión máxima surge en los puntos extremos de la sección y se determina por la ecuación: max = Mflector / Wx. Los resultados de los ensayos se sitúan sobre el diagrama que se construye en el sistema de coordenadas max – N. Después de ensayar la primera probeta, aparece en el diagrama el punto A, de coordenadas N1 y 1. Se ensaya después la segunda probeta, sometiéndola a una tensión algo más pequeña 2. La probeta se destruirá para un valor número mayor de ciclos N2. Sobre el diagrama aparece el punto B de coordenadas N2 y 2 y así sucesivamente. Una vez ensayadas todas las probetas, y después de unir los puntos A, B, C,…; por una línea, se obtiene la curva ABCD que se denomina curva de la fatiga (o curva de Wöhler).

5.- El valor máximo de la tensión del ciclo máximo, que el material puede resistir sin destruirse durante un período infinitamente grande, se denomina límite de resistencia a la fatiga y se designa por s_-1.

6.- Como lo demuestran los ensayos, la probeta de acero al carbono que resiste 10⁷ ciclos (este número se denomina base de los ensayos), puede resistir también una infinidad de ellos. Por eso los ensayos de las probetas de acero se suspenden después de los 10⁷ ciclos. La tensión s_-1 que corresponde a N = 10⁷ ciclos, se establece como límite de resistencia a la fatiga.

7.- En los metales no ferrosos y aceros templados no se consigue establecer un número de ciclos tal, después del cual, la probeta no se destruya. En estos casos se introduce el concepto de límite de resistencia restringida, igual al máximo valor de la tensión máxima del ciclo que la probeta es capaz de resistir un número determinado de ciclos (generalmente 10⁸ ciclos).

8.- Para la mayoría de los metales, el límite de resistencia a la fatiga, en el ciclo simétrico, es inferior al límite de fluencia.

9.- Muchas piezas de las máquinas, durante su servicio, se someten solamente a un número limitado de variaciones de las tensiones. En este caso, los cálculos se realizan partiendo de un límite de resistencia restringida superior, cuando el material resiste un número determinado de ciclos. Su magnitud se determina por la curva de la fatiga para el número de ciclos dado.