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INFORME FATIGA

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  • 7/24/2019 INFORME FATIGA

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    Ciencia de los

    materiales

    UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS

    ARMADAS ESPE

    CARRERA : MECATRNICA

    TEMA :ENSAYO DE FATIGA

    AUTORES :- CHANCSIG ALEX- COBO BRYAN

    - ROCHE ENRIQUEDOCENTE : ING. MARIO LARA

    NIVEL :TERCERO

    PARALELO :B

    ABRIL 2015 AGOSTO 2015

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    1. Tema

    Ensayo de fatiga

    2. Objetivos

    2.1. Objetivo general

    Identificar las caractersticas de la fatiga en diferentes materiales y su incidencia en

    el desempeo y vida til de mquinas que cumplen ciclos repetitivos.

    2.2. Objetivos especficos

    Investigar los factores que influyen en la generacin de una fatiga de un

    material y los efectos que generan en una mquina. Conocer el funcionamiento de cada uno de los equipos de laboratorio que se

    puedan utilizar en el ensayo de fatiga. Conocer el proceso de generacin de fatiga por medio de ensayos de laboratorio

    y el uso de mquinas diseadas eclusivamente para la reproduccin de este tipo

    de fenmenos.

    3. Marco terico

    3.1. Fatiga

    !e define como fatiga a la disminuicin de la resistencia de un material debida a un

    esfuerzo repetitivo que puede ser mayor o menor que la resistencia de cedencia" es un

    fenmeno comn en componentes su#etos a cargas dinmicas de autos y aviones" labes

    de turbinas" resortes" cigueales entre otros tipos de maquinaria.$os ensayos de fatiga"

    son pruebas de tipo dinmico que determinan comportamiento relativo de los materiales

    cuando se les somete a cargas repetidas o fluctuantes.

    !e desea simular las condiciones de esfuerzo desarolladas en las partes de una mquina

    por la vibracin que producen las cargas cclicas. $a magnitud del esfuerzo puede

    establecerse con la mquina y el tipo de esfuerzo %tensin" compresin" doblamiento o

    torsin& lo determina la mquina y la muestra.

    El esfuerzo vara constantemente en dos valores" el mimo normalmente es menor que

    el de resistencia de cedencia del material. $os ciclos de esfuerzo se aplican 'asta que sealcanza la falla de la muestra o un nmero de ciclos lmite.

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    $os resultados se grafican en escala semilogartmica as(

    Esfuerzo )!* como orenada

    +mero de ciclos )+* como abscisa.

    El lmite de aguante o continuacin de cualquier material est definido como el esfuerzo

    sin fracturarse correspondiente a un nmero de ciclos. $os ensayos o pruebas de fatiga

    se utilizan par estudiar como se comporta cierto material ba#o distintas cargas" o para

    encontrar el efecto de corrosin" las condiciones de superficie" la temperatura" el tamao

    y la concentracin de esfuerzos.

    Figura 1: ,rfica de eplicacin de fatiga. (Fuente: Askeland R.)

    Figura 2: -bservacin de un material fracturado por fatiga %vista aumentada&. (Fuente: Askeland R.)

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    Figura 3: -bservacin de un material fracturado por fatiga en una prctica (Fuente: Shackelford J.)

    En las fallas por fatiga se pueden observar tres tipos de agrietamiento(

    rimera etapa %fractura de inicio&( Es una grieta diminuta que se visualiza en elmaterial

    !egunda etapa de fractura %propagacin de la grieta&( $a grieta aumentar

    paulatinamente dependiendo de la carga que se le aplica al material

    continuamente.

    /ercera etapa %ruptura catastrfica&( Cuando se observa una fractura final

    repentina cuando su seccin transversal restante es tan pequea que no resiste lacarga que se le aplica al material.

    Figura 4: 0isualizacin de los tipos de fallas por fatiga (Fuente: Shakelford J.)

    $as marcas de playa se definen cuando se cambia la carga durante el servicio o cuando

    la carga es intermitente" eistiendo la posibilidad de que ocurra el efecto de oidacin

    dentro de la grieta.

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    !"! nsa!o "e viga rotatoria

    Figura #: 0isualizacin del ensayo de viga rotatoria (Fuente: Shackelford J.)

    En un etremo de esp1cimen cilndrico maquinado" se monta en unas mordazas

    accionadas por motor" del otro etremo se coloca una masa" esta prueba se basa en la

    rotacin de dic'o esp1cimen para que una fuerza de tensin se aplique sobre una partede su superficie mientras que la otra est a compresin" y al momento de girarlo en 234

    y 5634 cambiaran los parmetros de tensin y compresin para las diferentes partes de

    la superficie7 por lo tanto el esfuerzo en cualquier punto de la superficie tendr un ciclo

    senoidal completo %esfuerzo mimo de tensin 8 esfuerzo mimo de compresin&.

    =32M

    d3

    9nde( : es el momento de flein representado por :;?& y d es el dimetro del

    esp1cimen7 siendo $ la distancia entre el punto de fuerza de flein y el soporte y < a

    carga.

    $a funcin principal de un ensayo de fatiga es la determinacin de la duracin mima

    de una parte o material" o las cargas mimas a las que se le puede someter al mismo

    antes de que eista una falla %lmite de resistencia a la fatiga con probabilidad del @3A

    de que nunca eista una falla por fatiga del material&.

    $a vida de fatiga en cambio indica cunto tiempo puede resistir un material o

    componente ante un determinado esfuerzo.

    ara aumentar la vida de fatiga se usa el granallado %procedimiento parecido al

    templado de vidrios inorgnicos&" en el que se disparan pequeas esferas metlicas

    'acia el material o componente.

    Resistenciade fatiga= lmitede fatigaresistenciaalatensin 0,5

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    !e sabe que la mayora de los materiales son sensibles a muescas y las propiedades de

    fatiga dependen muc'o de las imperfecciones que eistan en la superficie. $os defectos

    de diseo o de manufacturacin causan concentraciones de esfuerzos y reducen el lmite

    de fatiga" la resistencia a la fatiga o la vida de fatiga.

    $plicacin "e los ensa!os "e fatiga

    $a amplitud del esfuerzo a se define como la mitad de la diferencia entre los

    esfuerzos mimos y mnimos7 y el esfuerzo promedio m es el promedio entre los

    esfuerzos mimo y mnimo.

    a=maxmin

    2

    m=maxmin

    2

    B medida que aumenta el esfuerzo promedio" disminuye la amplitud de esfuerzo" para

    que el material resista los esfuerzos aplicados" lo que se puede resumir con la ecuacinde ,oodman(

    a=fs[1( mUTS)]9onde(

    fsesla resistenciadeseada

    a la fatiga para esfuer%o prome"io cero

    UTS esla resistenciadelmateriala latensin

    &eloci"a" "e crecimiento "e una grieta:

    na grieta crece con velocidad basada en(

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    $a velocidad de crecimiento de grieta aumenta a medida que aumenta el tamao de la

    misma como indica el factor de intensidad de esfuerzo(

    n m1todo para determinar si una grieta significa un peligro inminente para la

    estructura es estimar la cantidad de ciclos necesarios para que ocurra una falla as(

    !i integramos dic'a ecuacin con lmites conformados entre el tamao inicial de la

    grieta y el tamao para que 'aya fractura" entonces(

    fecto "e la temperatura:

    Cuando se aumenta la temperatura sobre el material o componente utilizados"

    disminuir paulatinamente la vida de fatiga y el lmite de resistencia de la fatiga7

    adems de que si eiste un cambio cclico de temperatura eistir una mayor

    probabilidad de falla por fatiga t1rmica.

    3.3. 'uipos "e (aboratorio 'ue se usan.

    B continuacin se presentan los principales componentes de la mquina de fatiga(

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    )

    Figura *: !istema completo de la mquina de fatiga (Fuente: Bejarano E.)

    3.3.1. +robeta

    Bntes de comenzar a realizar los ensayos de fatiga se deben tomar las respectivas

    medidas dimensionales de las probetas.

    Figura ,: robeta. (Fuente: Bejarano E.)

    3.3.2. -umacera Fija

    Dsta parte de la mquina ayuda a su#etar la probeta en un etremo" a la vez que mediante

    ella acta el motor de rotacin. /iene un sistema de lubricacin.

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    Figura /: C'umacera fi#a. (Fuente: Bejarano E.)

    3.3.3. je "e 0otacin

    Figura : E#e de rotacin (Fuente: Bejarano E.)

    El e#e de rotacin es impulsado por un motor el1ctrico que mueve una polea" esta es

    controlada mediante dos interruptores. no de estos mane#a el contador de ciclos" y el

    otro interruptor al activarse permite el funcionamiento rotativo7 1ste ltimo es

    desactivado cuando los pesos caen sobre 1l" es decir cuando se 'a logrado la fractura de

    la pieza por fatiga.

    Figura 1: Interruptor interno desactivado. (Fuente: Bejarano E.)

    3.3.4. -onta"or "e -iclos

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    Dste instrumento permite definir la cantidad de giros %ciclos& a los que fue sometida la

    probeta.

    Figura 11: Contador digital de ciclos e. (Fuente: Bejarano E.)

    3.3.#. -umacera "e carga mvil

    Esta parte de la mquina permite establecer la longitud a la cual ser dispuesta la carga

    en cierto punto de la probeta7 adems" en 1sta ir colgado el peso o carga mima que

    soportar el material.

    Figura 12: C'umacera mvil de carga %sin probeta&. (Fuente: Bejarano E.)

    3.3.*. +laca ase

    !u funcin es fi#ar la polea y el sistema mecnico" entre ellos la c'umacera fi#a" el e#e de

    rotacin" el motor" la c'umacera de carga mvil y la probeta. ermitiendo ademscontrolar la ubicacin de la c'umacera mvil y longitud $ para el desarrollo d

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