Fatiga - GAMA FIME

Diseño de Elementos de
Máquinas
M.C. Pablo Ernesto Tapia González
Cargas variables:
Frecuentemente, las fallas en elementos de máquinas
son causadas por cargas que varían en el tiempo y no
por cargas estáticas.
Por lo tanto, si se diseñan elementos utilizando
solamente teorías de falla para cargas estáticas, se
pueden obtener diseños poco seguros.
A estas fallas, producidas por esfuerzos repetidos o
fluctuantes, se les llama “fallas por fatiga”.
Fallas por fatiga:
Una falla por fatiga empieza por una pequeña grieta,
que puede ser un defecto de manufactura o un
concentrador de esfuerzos, la cual se propaga debido a
los esfuerzos fluctuantes.
Conforme la grieta crece, llega un momento en que es
suficientemente grande y provoca una falla súbita.
Esta falla es parecida a la de un material frágil, ya que
no presenta deformaciones elásticas.
Fatiga:
En el pasado se desconocían los efectos de la fatiga en
los materiales dúctiles, siendo muy comunes las fallas
de ejes y ruedas de ferrocarril hechas de acero, lo cual
desconcertaba a los estudiosos de la mecánica y el
diseño.
Incluso, se llegó a decir que la muerte esperaba en los
puentes, ya que estos fallaban sin importar el material
del que estuvieran hechos, los diseñadores no tomaban
en cuenta la fatiga de los materiales que empleaban en
la construcción de dichos puentes.
Esfuerzos cíclicos:
Al estar variando la carga los esfuerzos se pueden
analizar como esfuerzos cíclicos, los cuales son esfuerzo
alternante y esfuerzo medio.
a 
m 
 max   min
2
 max   min
2
Resistencia a la fatiga:
Resultado de un ensayo de fatiga a una probeta de un
material específico.
Resistencia a la fatiga:
Se grafica el esfuerzo aplicado contra el número de
ciclos que resistió la probeta antes de fallar.
Esfuerzo de endurancia modificado:
Es el límite de nunca falla o de vida infinita, de la pieza,
más real que se puede obtener.
Este es el que se aplica en las teorías de falla bajo
carga variable.
Involucra el límite de endurancia y cinco factores:
acabado superficial, tamaño, carga, temperatura y
confiabilidad
Se  K a K b K c K d K e S
'
e
Concentración de esfuerzos a fatiga:
La sensibilidad a la entalla relaciona a la
concentración de esfuerzos bajo carga estática con la
concentración de esfuerzos bajo carga variable:
qn 
K f 1
KT  1
K f  1  KT  1qn
Teorías de falla a fatiga:
Se ha estudiado ampliamente el fenómeno de la fatiga
en materiales, obteniendo así diversas teorías de falla
que se han nombrado de acuerdo a su correspondiente
desarrollador:
Teorías de falla a fatiga:
Las teorías más utilizadas son la de Soderberg y la de
Goodman .
Soderberg
a
m
1

Kf 
FS S e
Sy
Goodman
a
m
1

Kf 
FS S e
Su