Resistencia Ala Fatiga Por Tencion Mejorado

Resistencia a la fatiga por tención

Fenómeno que conduce a la rotura de una pieza mecánica a causa de solicitaciones repetidas. Puede comprobarse con facilidad doblando alternativamente un alambre en un sentido y en otro. En un instante determinado la rotura se produce incluso con esfuerzos muy pequeños. En la práctica esto que ocurre con los metales es semejante a lo que sucede con el hombre: la repetición de un esfuerzo incluso débil produce un estado de fatiga.

El primero en comprobar este fenómeno fue el alemán Wohler que, alrededor de 1860, realizó algunas pruebas para comprobar la resistencia de los ejes en los coches de los ferrocarriles; llegó a trazar unas curvas (curvas de Wohler), indicando en un diagrama el número de las repeticiones cíclicas de una determinada carga en correspondencia con la cual se producía la rotura.

El tipo de curvas de Wohler, aun siendo semejantes, varía de unos metales a otros. Analizando la curva de Wohler para un acero con bajo contenido de carbono se deduce que: hasta 2.000-3.000 ciclos la carga de rotura coincide con la carga de rotura estática; desde 2.000-3.000 hasta 5-6 millones de ciclos la carga de rotura decrece notablemente al aumentar las repeticiones y se obtiene la zona llamada resistencia variable; superando el límite crítico de 5-6 millones de ciclos la carga de rotura permanece invariable.

El efecto del fenómeno de la fatiga sobre la resistencia de los metales es notable; téngase en cuenta que el 38NiCrMo4, un acero ampliamente empleado en las contrucciones automovilísticas, posee un límite de resistencia a la fatiga de 45 kg/mm2, mientras que la carga de rotura es de 115 kg/mm2.

La rotura por fatiga se inicia con una fractura muy pequeña, generalmente en correspondencia con grietas superficiales o con irregularidades de la pieza, y se extiende progresivamente de ciclo en ciclo al resto de la sección hasta que, al reducirse de manera notable la sección resistente, se produce la rotura de golpe.

Junto con el límite de fatiga alternativa, puede calcularse también el límite de fatiga pulsante (es decir, oscilante desde cero a una carga máxima) en los casos de flexión, tracción, compresión o torsión.

La resistencia a la fatiga de un órgano mecánico puede aumentarse estudiando cuidadosamente la forma y eliminando los agujeros, fisuras, grietas, variaciones de sección bruscas (se recurre a amplios radios de acorde) y esmerando el acabado superficial de la pieza (considérese, por ejemplo, el pulido de las bielas en los motores de competición que tiene precisamente el objeto de elevar el límite de resistencia a la fatiga, eliminando las grietas superficiales, puntos de partida de las fracturas por fatiga). La corrosión disminuye la resistencia a la fatiga. La aplicación prolongada de cargas próximas a la de resistencia a la fatiga provoca un asentamiento del material, con el consiguiente aumento del límite de fatiga; es decir, se produce una especie de entrenamiento del material. El número de ciclos después del cual se produce la rotura puede ser aumentado, realizando períodos de reposo seguidos de períodos de solicitación. También la frecuencia de las solicitaciones tiene influencia en el límite de resistencia a la fatiga: frecuencias inferiores a 5.000 ciclos/mn no alteran el límite de resistencia a la fatiga; para frecuencias superiores a dicho valor se produce un calentamiento excesivo, debido a la histéresis del material, que influye negativamente sobre el límite de resistencia a la fatiga.

En el automóvil existen numerosos órganos que se proyectan teniendo en cuenta el fenómeno de la fatiga, es decir, de manera que lleguen a la rotura después de la aplicación de una determinada carga durante un número de veces tal, que no pueda ser alcanzado en la duración prevista para el órgano en cuestión; por ejemplo, el cigüeñal, las bielas, los muelles de las válvulas y las suspensiones.

En las construcciones aeronáuticas y en los vehículos de competición se proyectan los órganos mecánicos en la zona de la resistencia variable para que puedan representar una apreciable reducción de peso, dado que después de breve tiempo se hará necesaria la substitución de las diferentes piezas para evitar la rotura total

Introducción

Generalidades

Entre piezas y componentes mecánicos que están sometidos a cargas cíclicas o variables, la rotura por fatiga es una de las causas más comunes de agotamiento de los materiales.

En efecto, la resistencia mecánica de un material se reduce cuando sobre él actúan cargas cíclicas o fluctuantes, de manera que transcurrido un número determinado de ciclos de actuación de la carga, la pieza puede sufrir una rotura. El número de ciclos necesarios para generar la rotura de la pieza dependerá de diversos factores, entre los cuales están la amplitud de la carga aplicada, la presencia de entallas, de pequeñas grietas, micro fisuras e irregularidades en la pieza, etc.

En el agotamiento por fatiga, los elementos y componentes mecánicos podrán fallar por rotura prematura bajo la acción de tensiones fluctuantes cuyos valores pueden ser incluso muy inferiores al límite de fluencia del material. Es decir, el material podrá fallar sin que su nivel interno de tensiones haya llegado a los valores críticos correspondientes a los originados por esfuerzos de tipo estáticos.

Origen de la rotura por fatiga

La falla por fatiga de los materiales a cargas cíclicas, también está íntimamente relacionado con alguna de las siguientes causas que a continuación se relacionan:

- presencia de irregularidades o discontinuidades internas (pequeñas grietas, inclusiones de elementos extraños...),

- irregularidades originadas en los propios procesos de mecanización de las piezas,

- cambios de sección o de la geometría de las piezas, presencia de chaveteros, orificios, otras irregularidades, etc., o incluso la presencia en la superficie de marcas de fábrica.

En este sentido, la presencia de una pequeña grieta en una pieza, por ejemplo, podrá desencadenar un proceso que culmine con la rotura prematura de la pieza por fatiga.

En efecto, debido a la geometría típica de una grieta, los extremos de ésta suponen puntos de concentración de tensiones. Este hecho va a amplificar el efecto que sobre la pieza tiene la actuación de cargas de tipo cíclicas o variables. Así, las cargas cíclicas originarán un estado tensional interior también de tipo fluctuante que hará progresar a la grieta por sus extremos, debido a que éstos son puntos donde se originan mayores niveles de concentración de tensiones.

De este modo, la grieta irá aumentando progresivamente de tamaño hasta que llega un momento donde el área o sección

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