TEMA: ENSAYO DE FATIGA EN ACERO OBJETIVO: Determinar la resistencia a la fatiga del acero.
MARCO TEÓRICO: Fatiga: es la disminución de la resistencia de un material debida a esfuerzos repetitivos, que pueden ser mayores o menores que la resistencia de cedencia. Es común en componentes sometidos a cargas dinámicas que están sometidos en forma constante a cargas repetitivas de tracción, compresión. Flexión, vibración, dilatación térmica y otros. Estos esfuerzos son con frecuencia menores que la resistencia de cedencia del material y cuando son aplicados una cierta cantidad de veces, se produce la falla por fatiga. Las fallas por fatiga pueden presentarse por etapas:
Primero, se nuclea una grieta diminuta, comúnmente en la superficie, normalmente después de que comienza la carga. Comúnmente los sitios de nucleación se presentan cerca de la superficie donde el esfuerzo es máximo, e incluyen defectos superficiales como rayaduras o picaduras. Segundo, la grieta se propaga en forma gradual, a medida que la carga continúa cíclicamente. Por último, sucede una fractura repentina del material cuando su sección transversal restante es demasiado pequeña para sostener la carga aplicada.
Fig. 1 Esquema de superficie fracturada por fatiga
Un punto H de un eje a flexión que rota, experimenta cambios en el valor del esfuerzo flector.
Describiendo una función de δ vs tiempo t (vuelta), así:
A este comportamiento se le conoce como fatiga, tal que en el momento en que el eje se rompe, al número de ciclos alcanzado y al esfuerzo al cual rompe, se le conoce como Resistencia a la fatiga S (
), obteniéndose el diagrama esfuerzo de falla por fatiga S
vs el número de ciclos al cual rompe N.
EQUIPO. 1. 2. 3. 4. 5.
Calibrador pie de rey, micrómetro, flexómetro. Probeta de acero de sección circular para fatiga Pesos de diferente valor Termómetro Máquina para ensayos de fatiga
PROCEDIMIENTO:
1. Medir las dimensiones de la sección circular de la probeta de acero 2. Medir las dimensiones AC, CD, y DB del eje de la máquina 3. Aplicar cargas en el eje de la máquina de fatiga, considerando que el peso del portapesas es de 18.512 kg. 4. Medir el número de revoluciones al cual rompe la probeta 5. Medir la temperatura de la probeta al momento de la rotura 6. Observar la sección de rotura de la probeta 7. Hacer firmar las hojas de registro.
PREGUNTAS PARA EL INFORME 1. Describir la observación de la sección de rotura de la probeta
No presenta cambio en el diámetro de la sección transversal. El camino señalado por la grieta no es uniforme a la sección transversal, produciéndose una fractura no paralela a esta sección. Se observa una zona de propagación de la grieta pequeña con respecto a la zona de fractura, esto debido a que la sección trasversal de la probeta fue sometida a una elevada carga.
2. Indicar la razón por la cual la temperatura aumenta 3. Dibujar los diagramas de fuerza cortante y momento flector del eje de máquina probeta.
Fig. 6 Esquema del ensayo de fatiga
Utilizamos una carga total de: 20.058 [kg], por lo que las reacciones en C y D son: RC=RD= 10.029 [kg] ()() ()() ()
Fig. 7 Diagrama de Cuerpo libre
Fig. 8 Diagrama Esfuerzo cortante
()()
Fig. 9 Diagrama Momento Flector
Utilizamos una carga total de: 18.512 [kg], por lo que las reacciones en C y D son: RC=RD= 9.256 [kg] ()() ()() ()
Fig. 10 Diagrama de Cuerpo libre
Fig.11 Diagrama Esfuerzo cortante
()()
Fig. 12 Diagrama Momento Flector
4. Calcular el esfuerzo flector máximo de la probeta 5. Ubicar el esfuerzo flector y el número de ciclos, sobre un diagrama δ (S) vs N (Resistencia a la fatiga vs número de ciclos) σ
tiempo
Revoluciones
Ciclos
(kg/cm²)
(min)
(RPM)
4654.22
1.05
1725
1811.25
σ
tiempo
Revoluciones
Ciclos
(kg/cm²)
(min)
(RPM)
7833.50
0.30
1725
519.51
Por lo tanto el valor en kPsi es: 66.20 [kPsi] y 111.42 [kPsi], respectivamente.
Fig. 10 Curva S-N
6. Conclusiones. BIBLIOGRAFÍA
http://www.analisisdefractura.com/fatiga/ http://www.slideshare.net/mauroespitia/5-fatiga
