Software Fatiga 1.0. Cálculo de los coeficientes necesarios para su diseño

1. Resumen
2. Software Fatiga 1.0. Sistema para la comprobación a la fatiga de árboles y ejes
4. Cálculo de los coeficientes necesarios para realizar la comprobación a la fatiga mediante el software Fatiga 1.0
5. Conclusiones
6. Bibliografía

Resumen

En este trabajo se realiza un análisis sobre el fenómeno de la fatiga en elementos de máquinas y estructurales. En el mismo se muestran las gráficas s – N y s media – s a para un acero para estructuras CT4. Son expuestas las características fundamentales del las características generales del software Fatiga 1.0, diseñado y elaborado para la comprobación a la fatiga de árboles y ejes. Posteriormente se exponen los diferentes coeficientes utilizados para evaluar la resistencia a la fatiga en árboles y ejes mediante el software diseñado.

Palabras claves: Resistencia de materiales, fatiga, curvas  – N, software Fatiga 1.0.

Software Fatiga 1.0. Calculus of the necessaries coefficients to design it.

Abstract.

In this work is carried out an analysis about the phenomenon of the fatigue in elements of machines and structurals. The graphs s – N and s media – s a are shown for a steel for structures CT4. Are exposed the main characteristics of the software Fatiga 1.0, designed and elaborated for the fatigue´s calculus of shafts and axles. Later are showed the coefficients that are utilized to evaluate the limit to the fatigue in shafts and axles with the designed software.

Key words: Strength of materials, fatigue, curves S – N, software Fatiga 1.0.

Al construir un elemento de máquina o una estructura es necesario hacerse la pregunta ¿cómo hacerlos más resistentes y de que manera evitar la destrucción?

El ingeniero moderno debe aplicar rigurosamente los métodos de cálculo científicamente argumentados para crear una estructura segura, capaz de funcionar fiablemente, no contaminar el medio ambiente y con los menores costos posibles.

Las causas más difundidas de destrucción de las construcciones son el incremento paulatino de pequeñas grietas iniciales hasta alcanzar su longitud crítica. Esto se conoce con el nombre de destrucción retardada en condiciones de las tensiones de funcionamiento no altas que finaliza con una destrucción frágil catastrófica, aún cuando el material tenga una naturaleza dúctil.

Los mecanismos de la destrucción retardada varían para distintos para diferentes materiales, condiciones de carga, de explotación, etc. Entre los mecanismos de la destrucción retardada más difundidos es posible citar a la destrucción por fatiga, la destrucción en condiciones de fluencia, la destrucción originada por la acción de medios agresivos, la destrucción prolongada de materiales polímeros viscoelásticos, así como las combinaciones de las antes mencionadas, por ejemplo la destrucción por fatiga en un medio corrosivo.

Cuando se realizan ensayos a probetas, mientras se cumpla la Ley de Hooke esta recupera sus condiciones originales al ser retirada la carga. O sea, que una carga dada puede ser aplicada repetidas veces, procurando que las tensiones se mantengan dentro del límite elástico. Esta conclusión es correcta para cargas que se repitan algunas docenas o centenas de veces. Sin embargo, no es correcta cuando las cargas son repetidas miles o millones de veces. En estos casos, pueden desarrollarse pequeñas grietas, que aumentan su tamaño con la aplicación de cada ciclo de carga, hasta que ocurra la rotura, aún cuando las tensiones sena mucho menores que el límite de rotura estático. Este fenómeno es conocido como fatiga. El fallo a fatiga tiene una naturaleza frágil, aún cuando el material tiene normalmente un comportamiento dúctil. La fatiga es la acumulación de transformaciones mecánicas irreversibles en el material, producto a la acción de cargas cíclicas.

La fatiga debe ser considerada en el diseño de estructuras y elementos de máquinas que estén sometidos a cargas variables. El número de ciclos de carga que deben soportar estos elementos durante su vida útil varía en rangos muy grandes. Por ejemplo, el tráfico sobre un puente ferroviario causa tensiones que varían de acuerdo a la cantidad de trenes que circulen, la frecuencia con que lo hagan, la carga que transporten, etcétera. Muchas cargas tienen naturaleza fluctuante y pueden ser muchos los factores que pueden influir sobre los valores de estas.

El número de ciclos necesarios para causar el fallo de una probeta sometida a cargas repetidas sucesivas o a cargas reversibles puede ser obtenido experimentalmente para una relación de tensiones determinado. Si se realizan una serie de ensayos, usando diferentes valores de tensiones, los datos obtenidos pueden ser ploteados en una curva tensión s versus número de ciclos N. En la figura 1 se muestra una curva típica s – N obtenida para un acero CT4. Esta curva es característica para ciclos de cargas simétricos.