ITESI

ITESI (Instituto tecnolgico superior de Irapuato)

TEORA DE FALLAS.

ESFUERZOS COMBINADOS FLUCTUANTES.INTRODUCCION.El estudio del diseo mecnico de elementos con el paso del tiempo ha sido parte fundamental de la ingeniera de la vida cotidiana. Grandes personajes como Isaac newton, Josep Franz mohr, dedicaron gran parte de su carrera a la investigacin en donde realizaron grandes aportes como por ejemplo: la construccin el crculo de mohr en donde podemos ver reflejado el clculo de esfuerzos y de donde parte una gran revolucin del diseo mecnico y su anlisis.

Hoy en da el poder realizar diseos con mayor precisin y mejor calidad tanto en su parte esttica como en su parte estructural se debe a que con el paso de los aos se ha realizado grandes avances en temas muy puntuales como lo son las fallas en el diseo, los esfuerzos combinados y la fluctuacin de esfuerzos.

OBJETIVO GENERAL.Analizar y dar a conocer la naturaleza de una falla en el diseo mecnico desde un punto de vista analtico.

Describir los tipos de esfuerzos combinados fluctuantes que afectan nuestro elemento mecnico hasta generar una falla.

Aplicar el anlisis por medio de ecuaciones para modelar el comportamiento de las fallas y esfuerzos.

OBJETIVOS ESPECIFICOS.Describir la naturaleza de una falla por medio de ecuaciones.

Identificar los esfuerzos combinados.

Describir factores a considerar para un diseo.

Describir tipos comunes de fallas.

Calcular esfuerzos fluctuantes.

Establecer una idea clara acerca del diseo de un elemento.

JUSTIFICACION/PLANTEAMIENTOUno de los factores ms importantes del diseo mecnico es analizar y comprender las fallas y los esfuerzos combinados que se generan en los elementos ya sea de manera analtica hablando matemticamente o mediante el estudio emprico realizando pruebas por medio de probetas.

Se analizaran los tipos de fallas por medio de teoras que nos ayudaran a comprender la naturaleza de ellas.

Se conocern los esfuerzos combinados fluctuantes que ocurren en un elemento de diseo.

TEORIA DE FALLAS.Una falla mecnica puede definirse como cualquier cambio en el tamao, forma o propiedades del material, de una estructura, mquina o parte de mquina, que hace que no cumpla con la funcin para la cual ha sido desarrollada. Con ste concepto en mente, se puede definir el MODO DE FALLA como el proceso fsico o procesos que toman lugar o que se combinan sus efectos para producir la falla.

Clasificacin de los modos de falla en tres categoras:1). Manifestaciones de falla.2). Agentes que inducen la falla.3). Localizacin de la falla.

METODOS DE FALLA ONSERVADOS EN LA PRACTICALa siguiente lista incluye los modos ms comunes observados en la prctica. Puede observarse que ciertos modos de falla son fenmenos unilaterales, mientras que otros son fenmenos combinados. Por ejemplo, la corrosin es un modo de falla, la fatiga es un modo de falla, sin embargo; existen modos de falla combinados como la Corrosin-fatiga o Corrosin esfuerzo. Tales combinaciones son importantes y sinrgicas. Por ejemplo, la presencia de la corrosin activa agrava el proceso de fatiga y al mismo tiempo la presencia de cargas fluctuantes agrava el proceso de corrosin. A continuacin se presenta la lista que incluye todos los modos de falla mecnica observados comnmente: Deformacin elstica inducida por fuerza y temperatura.Cedencia.Brinnelling.

FALLAS MECANICAS.Falla por Deformacin elstica inducida por fuerza y/o temperatura:La falla por Cedencia La falla por Brinnelling La falla por Ruptura dctil La falla por fatiga La falla por fatiga superficialLa falla por corrosin Desgaste Fretting La falla por Creep

COMBINACION DE ESFUERZOS FLUCTUANTES.En muchas ocasiones es necesario y se requieren determinar la resistencia de piezas, lo cual se hacen correspondientes a diferentes casos en que hay una inversin completa sucesiva. En muchos casos los esfuerzo fluctan sin pasar por cero. La figura 5.1 nos muestra las relaciones de esfuerzo tiempo las cuales se pueden expresar o encontrar.

Algunos de los esfuerzos que se consideran en dicha figura son:

min = esfuerzo minimo. m = esfuerzo a medio intervalo. max = esfuerzo mximo. r = intervalo de esfuerzo.a = amplitud de esfuerzo. s = esfuerzo constante o estatico

Relaciones esfuerzo tiempo. A) esfuerzo fluctuante alta frecuencia. B) y c) esfuerzo fluctuante no senoidal. D) esfuerzo fluctuante senoidal. E) esfuerzo repetido. F) esfuerzo alternante senoidal con inversin completa.RESISTENCIA A LA FATIGA EN EL CASO DE ESFUERZOS FLUCTUANTES.

Una vez definida todos los diferentes componentes del esfuerzo relacionados con su trabajo cuando son sometidos a esfuerzos fluctuantes, lo que resulta conveniente es variar esfuerzo medio y su amplitud esto con la finalidad de calcular la resistencia a la fatiga de piezas sometidas a dichos esfuerzos.Para calcula la resistencia a la fatiga de piezas sometidas a esfuerzos fluctuantes se consideran tres mtodos, descritos a continuacin:Diagrama de Goodman referenciado a la figura 5.1.1 modificado, el esfuerzo medio es abscisa y las dems variables son ordenadas, considerndolos la tensin en la direccin positiva del eje ordenado positivo. Los lmites de resistencia a la fatiga se consideran como ordenadas por encima o debajo del origen. Haciendo la aclaracin de que la resistencia a la fluencia se ha marcado en ambos

ejes por el hecho de que la cadencia seria el criterio de falla si el esfuerzo mximo excediera a la resistencia a la fluencia.

Otro mtodo para el clculo de la resistencia a la fatiga, es la figura 5.1.1.1 se vuelve a trazar la componente de tensin, esta vez teniendo en el eje de las abscisas las relaciones de la resistencia media y la resistencia mnima a la tensin, teniendo separacin de efectos de compresin al lado izquierdo del origen, mientras que tensin a lado derecho del mismo. Donde la recta BC es el diagrama modificado de Goodman para los casos de falla.

El ltimo mtodo nos refiere a la grafica 5.1.1.1.1 basndose en el mismo criterio de Goodman modificado, adems de otros criterios de falla. Todos estos diagramas con la finalidad de anlisis y diseo. Son muy intuitivos y fciles de usar. En esta figura podemos ver cuatro criterios de falla: la lnea de soderberg, goodman modificada, gerber y la de fluencia o cedencia. Del diagrama podemos ver que el criterio de soderberg ofrece proteccin en contra de fluencia.

Figura 5.1.1 Diagrama de Goodman modificado.

Figura 5.1.1.1 Grafica de fallas por fatiga par esfuerzos medios en regiones de tensin y compresin.

Figura 5.1.1.1.1 Diagrama de fatiga que representa varios criterios de falla.RESISTENCIA A LA FATIGA EN TORSIN EN EL CASO DE ESFUERZOS PULSANTES.

COMBINACIONES DE MODOS DE CARGA.

Cuando se encuentran una mezcla o bien una combinacin de esfuerzos o cargas, la respuesta tiende hacer lo siguiente:

En caso de resistencia, utilice el lmite de fatiga completamente corregido en el caso de flexin, Se o bien Se.Aplicar los factores de concentracin de esfuerzos adecuados a componentes alternantes de esfuerzo torsional, el esfuerzo por flexin y esfuerzo axial.Multiplique cualquier componente de esfuerzo axial alternante por el factor 1/Kc,ax = 1/0.92=1.083Inclyanse los esfuerzos resultantes en un anlisis por circulo de mohr y determinar esfuerzos principales.Usando los resultados de paso anterior, determinar el esfuerzo alternante de von Mises o variable de esfuerzo de amplitud.Comparece el esfuerzo de amplitud con limite a la fatiga con el fin de obtener el factor de seguridad, o bien la confiabilidad.

DAO ACUMULATIVO POR FATIGA.

Figura 5.4.1 Uso de regla de Miner para predecir lmite de fatiga.Figura 5.4.1.1 Mtodo de Manson para predecir lmite de fatiga.ENFOQUE DE LA MECNICA DE LAS FRACTURAS.

RESISTENCIA A LA SUPERFICIE.

El lmite de la resistencia a la fatiga, obtenido pr un ensayo de viga rotatoria. En este apartado se estudiara y se analizara la propiedad de martiriales que se encuentran en contacto, llamada limite de fatiga en la superficie. Este tipo de casos se da con frecuencia en las combinaciones de contacto rodante y deslizamiento.

Entonces cuando dos superficies ruedan o se deslizan unas sobre otras con suficientemente fuerza se har presente una falla que se representara de forma de picaduras despus de un cierto nmero de ciclos de operacin.

Los factores que se toman en cuenta en dicho fallo son los nmero de ciclos, acabado de la superficie, dureza, el grado de lubricacin y su temperatura los cuales influyen en su resistencia.

Entonces di los dos materiales tienen diferente dureza se emplea el valor ms bajo aunque no siempre es y suele ser el caso. Los resultados de este procedimiento concuerdan los valores de los factores de carga y esfuerzo recomendados por Buckingham.