falla dinamica
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Mechanical Design Applications
Master Notes
Spring 2007
University
Design Considerations
� Stress – Yield Failure or Code Compliance
� Deflection
� Strain
Stiffness
Often the controlling factor for
functionality� Stiffness
� Stability – Important in compressive members
� Stress and strain relationships can be studied
with Mohr’s circle
Deflection [Everything’s a Spring]
� When loads are applied, we have deflection
� Depends on� Type of loading
� Tension
� Compression� Compression
� Bending
� Torsion
� Cross-section of member
� Comparable to pushing on a spring
� We can calculate the amount of beam deflection by various methods
Teorías de Falla Dinámica Análisis de Falla por Fatiga � Diseño de piezas contra la falla dinámica o bien contra la fatiga es algo de mayor
complejidad, actualmente solo es comprendido en formal parcial y los métodos de
cálculo que pueden emplearse se deben entender en términos estadísticos.
� Una visión muy conservadora consiste en no emplear métodos de cálculo por fatiga
y multiplicar por 3 o por 4 los coeficientes de seguridad comúnmente empleados,
pero está práctica conduce a diseños poco competitivos; lo cual conduce a derrotas pero está práctica conduce a diseños poco competitivos; lo cual conduce a derrotas
seguras en el mercado profesional.
� El Fenómeno de Fatiga
� El mecanismo de Fatiga es uno de los más complejos fenómenos en el estudio de
falla en piezas sometidas a la acción de cargas dinámicas. Este fenómeno puede
aparecer súbitamente y sin aviso previo. Este fenómeno está asociado
principalmente a la presencia de patrones de carga dinámicos de tipo cíclico
Teorías de Falla Dinámica Análisis de Falla por Fatiga � Distintas teorías, en su conjunto pueden dejar las siguientes conclusiones:
� a) Los aceros de construcción de maquinas y en general los metales, no poseen
homogeneidad en su estructura, ni continuidad de resistencia (aun a pesar de la
hipótesis del continuo de la elasticidad clásica) la resistencia promedio son sólo
valida para solicitaciones estáticas, debido a que estas solicitaciones permiten un re-
acomodamiento adaptativo de los cristales a medida que aumenta la carga.
b) Las cargas variables tienen su aplicación prácticamente instantánea, no hay � b) Las cargas variables tienen su aplicación prácticamente instantánea, no hay
tiempo para el reacomodamiento, separación de los cristales en aquellos lugares
donde hay menor cohesión intercristalina, generando el inicio de una microfisura, la
que por el efecto de concentración de tensiones producida por la microentalla, va
aumentando rápidamente la fisura hasta que la sección resistente no puede soportar
la carga, produciéndose en ese instante la rotura súbita de la pieza
� Las micro-fisuras o grietas iniciales de fatiga comienzan sobre la superficie de las
piezas en varios puntos simultáneamente y se propagan a los sustratos inferiores.
Estas grietas que son normalmente muy pequeñas y difíciles de observar, pero se
propagan
Teorías de Falla Dinámica Análisis de Falla por Fatiga � la vida o la duración de una pieza se puede maximizar:
� 1) Minimizando defectos superficiales: con esto se tiene un gran cuidado de no
generar superficies demasiado rugosas y en consecuencia susceptible a los
fenómenos de fatiga, y en consecuencia las superficies son cuidadosamente
protegidas.
� 2) Maximizando el tiempo de iniciación: se ha observado que las tensiones 2) Maximizando el tiempo de iniciación: se ha observado que las tensiones
residuales superficiales se reducen por medio de procesos de acabado de
manufactura como el granallado o el bruñido.
� 3) Maximizando el tiempo de propagación: también son importantes las
propiedades del sustrato superficial, dado que las grietas se propagan más rápido
por las fronteras reticulares que a través de los granos. De esta manera
empleando materiales que no presenten granos alargados en la dirección de
propagación de la grieta permite maximizar el tiempo de propagación.
� 4) Maximizando la longitud crítica de la grieta. Existe una condición para la cual
la grieta puede mantenerse estable.
Teorías de Falla Dinámica Análisis de Falla por Fatiga
Teorías de Falla Dinámica Análisis de Falla por Fatiga
Teorías de Falla Dinámica - Fatiga
Teorías de Falla Dinámica - Fatiga
Teorías de Falla Dinámica - Fatiga
Teorías de Falla Dinámica - Fatiga
Teorías de Falla Dinámica - Fatiga
Teorías de Falla Dinámica - Fatiga � Resistencia a la Fatiga en la zona de bajo ciclaje
� Resistencia a la Fatiga en la zona de vida infinita
� Resistencia a la Fatiga en la zona de alto ciclaje de vida finita
Teorías de Falla Dinámica - Fatiga
� Factores de modificación de la tensión de resistencia a la Fatiga
Teorías de Falla Dinámica - Fatiga � factor de concentración de tensiones a fatiga KF
� factor de sensibilidad � factor de sensibilidad
de entalla:
� Si no hay entallas :
Teorías de Falla Dinámica - Fatiga � Factor de acabado superficial
Teorías de Falla Dinámica - Fatiga � Factor de tamaño: Está asociado al diámetro especifico de la probeta
estándar, que tiene 0.30 pul. Para otros diámetros se utilizan los siguientes
valores:
� Para el caso de una solicitación netamente axial el efecto de tamaño es � Para el caso de una solicitación netamente axial el efecto de tamaño es
insensible y en consecuencia se toma ks = 1.
� En el caso de secciones no circulares se emplea el denominado diámetro
equivalente que se muestra en la Tabla
Teorías de Falla Dinámica - Fatiga
� Factor de confiabilidad
El factor de confiabilidad depende de la probabilidad de supervivencia a
una tensión en particular. Los valores de este factor se exponen en la Tabla
y se han obtenido sobre la base de una desviación estándar de 8%. Estos
valores deben considerarse orientativos
Teorías de Falla Dinámica - Fatiga Factor de temperatura
� Muchas piezas que tienen servicio a temperaturas mayores de las
correspondientes al ensayo de laboratorio.
Se efectúan convalidaciones experimentales adicionales
estableciendo la siguiente relación:
� donde Sut es la resistencia estática a la rotura por tracción a una
temperatura determinada, mientras que Sut/ref es la resistencia
estática a la rotura por tracción a una temperatura de referencia estática a la rotura por tracción a una temperatura de referencia
(típicamente 20°C). En la Tabla se indican algunos valores de tal
coeficiente para un acero típico
Teorías de Falla Dinámica - Fatiga
� Factor de efectos varios
� En este factor se condensan distintos efectos que pueden alterar el valor de
la resistencia a la fatiga, entre los cuales se pueden citar:
- El proceso de Manufactura
- La presencia de tensiones residuales como resultado de procesos de
recuperación elástica. Presentes en procesos de manufactura como la
soldadura, tratamientos térmicos, etc. soldadura, tratamientos térmicos, etc.
- Fenómenos de corrosión de la macro y micro estructura del material. Las
principales causas de corrosión en los metales se deben a la presencia de
oxígeno y de hidrógeno. Este último puede generar la denominada
“fragilidad por adsorción de hidrógeno”, ayudando a propagar más
rápidamente las grietas.
- Los tratamientos superficiales de electrodeposición que evidencien
porosidad como los óxidos anodizados.
� Continua…
� Diseño de Elementos de Máquinas…