Diseño de elementos. Agente de Fallas
Enviado por Rimma • 22 de Octubre de 2018 • 1.425 Palabras (6 Páginas) • 311 Visitas
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La falla por fatiga se puede dividir en tres etapas. La etapa de iniciación de grietas, en la cual el esfuerzo variable sobre algún punto genera una grieta después de cierto tiempo. La etapa de propagación de grietas, que consiste en el crecimiento gradual de la grieta. Finalmente, la etapa de fractura súbita, que ocurre por el crecimiento inestable de la grieta.
La figura 1.8 ilustra la apariencia típica de la sección de un elemento que ha fallado por fatiga. La falla comienza alrededor de un punto de gran esfuerzo, en el chavetero (o cuñero), desde donde se extiende paulatinamente formando ralladuras denominadas marcas de playa. Durante la fractura progresiva del material, ocurre rozamiento entre las caras de la sección, produciéndose una superficie lisa y brillante. Finalmente, el elemento falla súbitamente dejando una superficie áspera como si fuera un material frágil.
[pic 13]
Fig. 1.8 selección de árbol con falla por fatiga
Límite de resistencia a la fatiga o límite de fatiga
El límite de fatiga es el esfuerzo máximo invertido que puede ser repetido un número indefinido de veces sobre una probeta normalizada y pulimentada girando sometida a flexión, sin que se produzca falla o rotura. Como se muestra en la fig. 1.9.
De acuerdo con la definición del límite de fatiga, al someter una probeta normalizada y pulimentada a flexión giratoria, el máximo esfuerzo S al cual se puede someter dicha probeta sin que falle, aún después de un gran número de ciclos de carga, es el límite de fatiga, denominado Se’.
El límite de fatiga se obtiene realizando un gran número de veces la prueba de fatiga con valores diferentes de S (variando el momento flector aplicado). Para cada probeta se ubica una equis en el diagrama, con el esfuerzo aplicado y el número de vueltas que giró hasta romperse.
[pic 14]
Fig. 1.9
En la fig. 1.10 podemos ver la resistencia de tensión en comparación con el límite de fatiga
[pic 15] (Hamrock, 2000)
Y en la sig. Tabla 1.4 podemos observar algunos límites de la fatiga en algunos materiales altamente utilizados en la contrición de elementos mecánicos
[pic 16]
Tabla 1.4 (Hamrock, 2000)
Teoría del Esfuerzo Normal (Principal) Máximo
Teoría: La fluencia comienza cuando el esfuerzo principal máximo en un elemento de esfuerzo iguala la resistencia a la fluencia.
[pic 17]
Para cualquier elemento de esfuerzo, obtener los esfuerzos principales (usando el círculo de Mohr o un programa de elementos finitos).
Comparar el esfuerzo principal máximo con la resistencia a la fluencia.
Sin embargo, no es una teoría segura para materiales dúctiles.
Un elemento en esfuerzo plano esta sometido a esfuerzos y (consulte la fig.)[pic 18][pic 19]
Utilice el circulo de Mohr y determine (a) los esfuerzos principales y (b) los esfuerzos cortantes máximos y los esfuerzos normales asociados. Muestre todos los resultados en diagrama de elementos orientados de manera apropiada.
= -29.5 MPa.= 29.5 MPa. =27MPa.[pic 20][pic 21][pic 22]
[pic 23] [pic 24]
Teoría del Esfuerzo Cortante Máximo
Teoría: La fluencia comienza cuando el esfuerzo cortante máximo en un elemento de esfuerzo iguala al esfuerzo cortante máximo en una pieza de ensayo a tensión del mismo material, cuando esa pieza comienza a ceder
Para una pieza de ensayo a tensión, el esfuerzo cortante máximo es s1 /2
En el punto de fluencia, cuando s1 = Sy, el esfuerzo cortante máximo es Sy /2
Se puede reformular la teoría comoTeoría: La fluencia comienza cuando el esfuerzo cortante máximo en un elemento de esfuerzo iguala a Sy /2
Para cualquier elemento de esfuerzo, usar el circulo de Mohr o un programa de elementos finitos para encontrar el esfuerzo cortante máximo. Comparar el esfuerzo cortante máximo con Sy /2
Ordenando los esfuerzos principales tal que s1 ≥ s2 ≥ s3:
=-[pic 25][pic 26][pic 27]
Incorporando un factor de seguridad n
= o = [pic 28][pic 29][pic 30][pic 31]
Resolviendo el factor de seguridad
[pic 32]
Simplificando para esfuerzo plano y asumiendo que sA ≥ sB.
Planteamos los siguientes casos en los ejes de esfuerzos principales.
Caso 1: sA ≥ sB ≥ 0[pic 33]
sA ≥ Sy
Caso 2: sA ≥ 0 ≥ sB
sA − sB ≥ Sy
Caso 3: 0 ≥ sA ≥ sB
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