• Author / Uploaded
• AYDE MATOS HUARANGA

Citation preview

UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA DE LA SELVA FACULTAD DE RECURSOS NATURALES RENOVABLES Escuela Profesional de Ingeniería Ambiental

FATIGA Y FRACTURA FRAGIL CURSO

: Resistencia de materiales

ALUMNOS

: Silvera Espejo, Maria Teresa Rojas Rocano, Keilith

Peña Mozombite, Luis Tolentino Masgo, Ana Gabriela PROFESOR

: M.SC.Ing. Demetrio León Ayala

CICLO

:

2018 - II

 Cuando un metal se somete

a ciclos repetidos de esfuerzo o deformación, éstos hacen que su estructura se deforme, llevándolo en última instancia a la fractura.

 La fatiga se produce cuando

se aplica un esfuerzo repetitivo al metal.

 Fatiga suele ser responsable de un gran porcentaje

de fallas en bielas y cigüeñales de motor; hélices de turbinas a vapor o gas; conexiones o soportes de puentes, ruedas y ejes de ferrocarril; y otras partes sujetas a una carga cíclica.

 En todos estos casos, la fractura se producirá con un

esfuerzo que es menor al esfuerzo de cedencia del material.

 la naturaleza de la falla deriva de la

existencia común de imperfecciones microscópicas en la superficie del elemento, donde el esfuerzo localizado se vuelve mucho mayor que el esfuerzo promedio que actúa sobre la sección transversal.

 A medida que este gran esfuerzo se repite en

forma cíclica, conduce a la formación de diminutas grietas. La aparición de estas grietas causa un incremento del esfuerzo en las puntas o límites de las mismas, que a su vez provoca un crecimiento de las grietas mientras el esfuerzo continúa en ciclo.

DIAGRAMA S-N O DIAGRAMA ESFUERZO-CICLOS esfuerzo S (o s) en el eje vertical  Con el fin especificar una resistencia

segura para un material metálico sometido a cargas repetitivas, es necesario determinar un límite debajo del cual no pueda detectarse evidencia de falla después de aplicar una carga durante un determinado número de ciclos.

para que se produzca la rotura por fatiga, no hace falta solicitaciones que originen niveles elevados de tensiones, sino que éstas pueden ser incluso muy inferiores al propio límite de fluencia del material.

S'n < Sy < Su donde, Su = límite de rotura

Sy = límite de fluencia

el número de ciclos hasta la falla N en el eje horizontal.

S'n = límite de fatiga.

INCREMENTO DE LONGITUD

 La fatiga en los metales ocurre cuando el esfuerzo o la deformación son cíclicos.

 Este fenómeno ocasiona una fractura frágil del material.

 no hay ninguna teoría de fractura que pueda aplicarse a un

determinado material en todos los casos, ya que un material puede comportarse de manera dúctil o frágil dependiendo de la temperatura, la razón de carga, el entorno químico o la manera en que el material se forma o se fabrica.

 Es la separación de un sólido bajo tensión en dos o más piezas. En

general, la fractura metálica puede clasificarse en dúctil y frágil. La fractura dúctil ocurre después de una intensa deformación plástica y se caracteriza por una lenta propagación de la grieta. La fractura frágil se produce a lo largo de planos cristalográficos llamados planos de fractura y tiene una rápida propagación de la grieta.

• Fractura dúctil • Fractura frágil

 La fractura frágil tiene lugar sin

una apreciable deformación y debido a una rápida propagación de una grieta.

 Las bajas temperaturas y las altas

deformaciones favorecen la fractura frágil.

 Sin deformación plástica y

propagación rápida de la grieta.

 Movimiento de la grieta

perpendicular a la dirección de F superficie de fractura plana Detalles característicos:

 - Marcas en forma de V (en acero)

que apuntan hacia el lugar de inicio

 - Líneas y crestas desde el origen

en forma de abanico

Ejercicio:

SOLUCIÓN 1. Selección del KIC Aplicamos la ecuación para la tensión plana. 𝐾𝐼𝐶𝐷 2 𝑌

=

30𝑀𝑃𝑎. 𝑚 500𝑀𝑃𝑎

2

= 0.036 ≤ 𝑏 … . . 𝑁𝑂 CUMPLE TENSION PLANA

2. Calculo de la grieta crítica y factor de forma 𝐾𝐼𝐶 = 𝐹𝑓. 𝜎𝑐. 𝜋. 𝑎𝑐

El factor de forma viene expresado por la siguiente ecuación: 𝑎 𝑎 𝐹𝑓 = 1.12 − 0.23 + 10.5 𝑤 𝑤

2

𝑎 − 21. 7 𝑤

Donde a es el tamaño de la grieta y w es el ancho de la pieza

3

𝑎 + 30.2 𝑤

4

Calculamos ac mediante la ecuación general de la fractura. Esto exige conocer, a priori, un valor estimado del Ff; tomamos 1.12 con lo que 𝐾𝑖𝑐 2 𝑎𝑐 = 2 𝐹𝑓 . 𝜎𝑐 2 . 𝜋 2

(30 𝑀𝑃𝑎. 𝑚) = 0.00822 𝑚 500 𝑀𝑃𝑎 2 (1.12. ) .𝜋 3 Ahora ya podemos calcular el del Ff, que resulta ser 𝑎𝑐 =

8.22 8.22 𝐹𝑓 = 1.12 − 0.23. + 10,5. 100 100

2

8,22 −21,7. 100

3

8,22 +30,2 100

4

= 1,16

Se sustituye el valor de Ff=1,16 en la ecuación de la grieta crítica: (30𝑀𝑃𝑎. 𝑚) = 0.00766𝑚 500𝑀𝑃𝑎 2 (1,16. ) .𝜋 3 Y así sucesivamente hasta que dé lugar a coincidencia de valores 𝑎𝑐 =

7,66 7,66 𝐹𝑓 = 1,12 − 0.23. + 10,5. 100 100

2

7,66 − 21,7. 100

3

7,66 + 30,2 100

4

= 1,15

Prácticamente Ff es igual al anterior. Luego bajo la tensión de 500 Mpa/3 la grieta critica será de 7.66 mm y el factor de forma a considerar Ff=1,15.

 Russell C., Hibbeler. 2011. Mecánica de materiales OCTAVA

EDICIÓN. Trad. por Jesús Elmer Murrieta Murrieta. 8 ed. México. Pearson Education. 107 p.

 Josue Estrada. 2007. Tipo de fracturas mecánicas en los

materiales. Universidad de san carlos.  https://es.slideshare.net/IdoiaUrrutibeascoa/materialescermicos-36879527?next_slideshow=1  https://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn217.htm l