La teoría de la fatiga del material

1. TEORÍAS SOBRE LA FATIGA

El comportamiento de los materiales de los elementos de máquinas sometidos a cargas variables, ha atraído la atención de muchos estudiosos a lo largo de la historia, su objetivo, dar explicación a estos comportamientos con el fin de mejorar los materiales y aumentar la eficiencia y ciclo de vida de los mismos. Es así como se ha dado lugar a la llamada TEORIA DE LA FATIGA, cuyos aspectos importantes se citaran a continuación.

Poncelet cito por primera vez el término “fatiga” en 1839, para describir la situación de falla de los materiales sometidos a cargas variables. Debido a que la falla por fatiga tiene apariencia frágil, se pensaba que el material se había “cansado” y hecho frágil después de soportar un cierto número de fluctuaciones de esfuerzo.

De manera similar en 1845 Rankine demostró que la reducción de las concentraciones de tensiones alargaba la vida del eje, posteriormente y basado en los estudios anteriores, August Wohler en 1860 desarrolló máquinas para el estudio de este fenómeno, una de las cuales es la probeta rotatoria, que inspira los actuales ensayos de fatiga en materiales férricos. Wholer extrajo dos conclusiones: la primera que ‘’ las fuerzas necesarias para provocar la rotura con cargas dinámicas son muy inferiores a las necesarias en el caso estático, ‘’ y la segunda que´´ existe un umbral por debajo del cual las probetas no se rompían (límite de fatiga).

De 1980 a1990 personajes como Hertzberg , Manson,Newman.Suresh ,Nakamura ,Yeshurum ,Yang / Duffy investigan y recogen los efectos que producen los materiales no metálicos y compuestos de los cuales se ofrece el potencial de mejoramiento mecánico, térmico y ambiental bajo cargas cíclicas a fatiga

En el siglo XX, Humfrey y Ewing observaron que bajo las cargas dinámicas, aparecían deformaciones por el deslizamiento similares a las que se obtuvieron en el caso estático, concluyendo que el progreso de dichas líneas era el que llevaba a la rotura. Después de esto Hanson y Gough introdujeron la hipótesis del endurecimiento por deformación para explicar la existencia del límite de fatiga.

La teoría que hoy se acepta es la teoría del endurecimiento/deslizamiento, aunque no existe una formulación cuantitativa que permita realizar un cálculo fiable. Sin embargo la cantidad de datos disponibles especialmente para materiales férricos y otros materiales metálicos, ha permitido desarrollar métodos de cálculo para el diseño de piezas confiables, además existen programas especializados para analizar el comportamiento de los materiales sometidos a cargas variables.

2. CLASIFICACIÓN DE LOS ENSAYOS DE FATIGA

2.1 Ensayos de fatiga de amplitud constante

En este se evalúa el comportamiento a la fatiga mediante ciclos de carga o deformaciones generalmente triangulares.

2.2 Ensayos de fatiga de amplitud y frecuencia constantes

Se evalúan la supervivencia o vida a la fatiga por el número de ciclos a los cuales fue sometido hasta la rotura.

Fuente: 1 http://bibing.us.es/proyectos/abreproy/4089/fichero/4.pdf

2.3 Ensayo de fatiga de amplitud variable

Cuando la amplitud es variable se evalúa el efecto del daño acumulado debido a la variación de la amplitud del esfuerzo en el tiempo.

Fuente: 2 http://blog.utp.edu.co/lvanegas/files/2011/08/Cap5.pdf

3. FACTORES DE MODIFICACIÓN DE LA RESISTENCIA A LA FATIGA

Los medios corrosivos tienen una influencia negativa y reducen la vida a fatiga, incluso la atmosfera normal afecta a algunos materiales causándoles pequeñas fisuras que se comportaran como concentradoras de tensión originando grietas. La propagación de las grietas aumenta en el medio corrosivo puesto que también se corroerá el interior de la grieta.

Fatiga térmica

Se induce normalmente a temperaturas elevadas debido a tensiones térmicas . la causa de estas tensiones es la restricción a la dilatación y contracción que normalmente ocurre en piezas

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