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• Gerardo Bocanegra

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Instituto Tecnológico de Celaya Departamento de ingeniería mecánica Diseño mecánico 1 José Alberto Zavala Bustos

Factores que afectan el límite de endurancia (Resistencia a la fatiga). Se ha visto, que una probeta de una viga rotatoria se emplea en el laboratorio para determinar su límite de endurancia, preparada de manera cuidadosa y probada bajo condiciones muy controladas. Es ilógico esperar que el límite de endurancia de un elemento mecánico o estructural se ajuste a los valores obtenidos en el laboratorio. Algunas diferencias incluyen:    

El material: composición, iniciadores de falla, variaciones en composición, etc. Fabricación, el método, tratamiento térmico, condiciones superficiales, concentradores de esfuerzos Medio ambiente: corrosión, temperatura, estado de esfuerzos, tiempos de relajación El diseño: el tamaño, forma, la vida, estado de esfuerzo, concentración de esfuerzos, velocidad, etc.

Marin, identificó los factores que cuantifican los efectos de la condición superficial, tamaño, carga, temperatura y efectos misceláneos. La ecuación de Marin, tiene la forma:

Se  ka kb kc kd ke k f Se' Donde:

---------------------------Ecuación 1.

k a  factor de mod ificación por condición sup erficial

kb  factor de mod ificicació n por tamaño k c  factor de mod ificación por c arg a

k d  factor de mod ificación por temperatura k d  factor de mod ificación por confiabili dad

k f  factor de mod ificación por efectos miscelaneo s Se'  lim ite de endurancia de una probeta de prueba

S e  lim ite de endurancia de un elemento mecánico

a) Factor de modificación por condición superficial: La superficie de una probeta de viga rotaroria está altamente pulida, con un pulido en dirección axial, para suavizar cualquier rasguño circunferencial. El factor de modificación por acabado superficial, depende de la calidad del acabado de la actual superficie de la pieza y de la resistencia a la tensión del material de la pieza. Una expresión cuantitativa de acabados comunes de partes maquinadas, se evalúa mediante la siguiente expresión:

k a  aSutb

-------------------------Ecuación 1.1

Donde Sut  Re sitencia última a la tensión , a y b , son constantes que se toman de la siguiente tabla:

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b) Factor de modificación por tamaño: Para carga por flexión y por torsión, el factor de modificación por tamaño se determina mediante:

Ecuación 1.2

Por carga axial c)

Factor de modificación por carga: Los valores permisibles del factor de modificación por carga, están especificados como:

Ecuación 1.3 d) Factor de modificación por temperatura: La temperatura es uno de los parámetros que modifican de manera considerable el comportamiento de los diferentes materiales estructurales. Los análisis de la información de innumerables pruebas realizadas bajo condiciones especificadas, proponen la siguiente ecuación, en la evaluación de factor de modificación por temperatura:

kd  0.975  0.432(103 )TF  0.115(105 )TF2  0.104(108 )TF3  0.595(1012 )TF4 --Ec.1.4 Cuando 70  TF  1000F Si el límite de endurancia de la viga rotativa se conoce a temperatura ambiente, entonces aplique:

kd 

ST ------------Ecuación 1.4.1 S RT

Estos valores se muestran en la tabla siguiente.

e)

Factor de modificación por confiabilidad: Los datos reportados sobre límite de endurancia en probetas, apunta a una dispersión de datos, es por esto que los valores reportados son valores promedio. Se propone entonces, un factor de modificación por confiabilidad dado por: 2

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ke  1 0.08za ------------------Ecuación 1.5 Donde los valores de z a , la confiabilidad y el factor de corrección aparecen en la siguiente tabla:

f)

Factor de modificación por efectos diversos: Algunos otros factores fuera de los aquí enunciados también pueden provocar una reducción sobre la resistencia a la fatiga del material. Dada la enorme cantidad de efectos y a que los datos no siempre están disponibles, hace difícil la cuantificación del efecto de cada uno de ellos. Los esfuerzos residuales sobre una pieza, después de su fabricación puede mejorar o afectar adversamente el límite de endurancia. Algunos factores a considerar en su momento, sobre la modificación del límite de endurancia de una pieza, pueden ser la corrosión, los recubrimientos electrolíticos, etc.

Bibliografía: Budynas−Nisbett: Shigley’s, Mechanical Engineering Design, Eighth Edition

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