Límite de fatiga

Curvas representativas de la tensión aplicada frente al número de ciclos para el acero (que muestra un límite de resistencia) y el aluminio (que no muestra dicho límite).    

El límite de fatiga o límite de resistencia es el nivel de tensión por debajo del cual se puede aplicar un número infinito de ciclos de carga a un material sin causar fallas por fatiga . ^[1] Algunos metales como las aleaciones ferrosas y las aleaciones de titanio tienen un límite distinto, ^[2] mientras que otros como el aluminio y el cobre no lo tienen y eventualmente fallarán incluso con pequeñas amplitudes de tensión. Cuando los materiales no tienen un límite definido, se utiliza el término resistencia a la fatiga o resistencia a la resistencia y se define comoel valor máximo de la tensión de flexión completamente invertida que un material puede soportar durante un número específico de ciclos sin una falla por fatiga . ^{[3] [4]}

Definiciones

La ASTM define resistencia a la fatiga , como "el valor de la tensión a la que fallo se produce después de ciclos", y límite de fatiga , , como "el valor límite de tensión a la que fallo se produce como se hace muy grande". ASTM no define el límite de resistencia , el valor de tensión por debajo del cual el material resistirá muchos ciclos de carga, ^[1] pero implica que es similar al límite de fatiga. ^[5]${\displaystyle S_{N_{f}}}$${\displaystyle N_{f}}$${\displaystyle S_{f}}$${\displaystyle N_{f}}$

Algunos autores utilizan límite de resistencia , por la tensión por debajo del cual no se produce nunca falla, incluso para un número indefinidamente grande de ciclos de carga, como en el caso de acero ; y límite de fatiga o resistencia a la fatiga , para la tensión a la que falla se produce después de un número especificado de ciclos de carga, tal como 500 millones, como en el caso del aluminio. ^{[1] [6] [7]} Otros autores no diferencian entre las expresiones aunque sí diferencian entre los dos tipos de materiales. ^{[8] [9] [10]}${\displaystyle S_{e}}$${\displaystyle S_{f}}$

Valores típicos

Los valores típicos del límite ( ) para aceros son la mitad de la resistencia máxima a la tracción, hasta un máximo de 290 MPa (42 ksi). Para las aleaciones de hierro, aluminio y cobre, suele ser 0,4 veces la resistencia máxima a la tracción. Los valores típicos máximos para hierros son 170 MPa (24 ksi), aluminios 130 MPa (19 ksi) y cobres 97 MPa (14 ksi). ^[2] Tenga en cuenta que estos valores son para probetas lisas "sin muescas". El límite de resistencia para las muestras con muescas (y, por lo tanto, para muchas situaciones prácticas de diseño) es significativamente menor.${\displaystyle S_{e}}$${\displaystyle S_{e}}$

Para los materiales poliméricos, se ha demostrado que el límite de fatiga refleja la fuerza intrínseca de los enlaces covalentes en las cadenas de polímero que deben romperse para extender una grieta. Siempre que otros procesos termoquímicos no rompan la cadena del polímero (es decir, envejecimiento o ataque de ozono ), un polímero puede funcionar indefinidamente sin crecimiento de grietas cuando las cargas se mantienen por debajo de la resistencia intrínseca. ^{[11] [12]}

El concepto de límite de fatiga y, por lo tanto, los estándares basados ​​en un límite de fatiga como la predicción de la vida útil de los rodamientos de ISO 281: 2007 , sigue siendo controvertido, al menos en los EE. UU. ^{[13] [14]}

Historia

El concepto de límite de resistencia fue introducido en 1870 por August Wöhler . ^[15] Sin embargo, investigaciones recientes sugieren que los límites de resistencia no existen para los materiales metálicos, que si se realizan suficientes ciclos de tensión, incluso la tensión más pequeña eventualmente producirá fallas por fatiga. ^{[7] [16]}

Ver también

• Fatiga (material)

Referencias

1. Cerveza, Ferdinand P .; E. Russell Johnston Jr. (1992). Mecánica de materiales (2 ed.). McGraw-Hill, Inc. pág. 51 . ISBN 978-0-07-837340-4.
2. "Resistencia y fatiga del metal" . Archivado desde el original el 15 de abril de 2012 . Consultado el 18 de abril de 2008 .
3. Jastrzebski, D. (1959). Naturaleza y propiedades de los materiales de ingeniería (Wiley International ed.). John Wiley & Sons, Inc.
4. Suresh, S. (2004). Fatiga de materiales . Prensa de la Universidad de Cambridge. ISBN 978-0-521-57046-6.
5. Stephens, Ralph I. (2001). Fatiga del metal en ingeniería (2ª ed.). John Wiley & Sons, Inc. pág. 69 . ISBN 978-0-471-51059-8.
6. Budynas, Richard G. (1999). Análisis avanzado de fuerza y ​​estrés aplicado (2ª ed.). McGraw-Hill, Inc. pp.  532 -533. ISBN 978-0-07-008985-3.
7. Askeland, Donald R .; Pradeep P. Phule (2003). La ciencia y la ingeniería de los materiales (4ª ed.). Brooks / Cole. pag. 248. ISBN 978-0-534-95373-7.
8. Hibbeler, RC (2003). Mecánica de materiales (5ª ed.). Pearson Education, Inc. pág. 110. ISBN 978-0-13-008181-0.
9. Dowling, Norman E. (1998). Comportamiento mecánico de los materiales (2ª ed.). Printice-Hall, Inc. pág. 365. ISBN 978-0-13-905720-5.
10. Barbero, JR (2001). Mecánica intermedia de materiales . McGraw-Hill. pag. 65. ISBN 978-0-07-232519-5.
11. Lago, GJ; PB Lindley (1965). "El límite de fatiga mecánica del caucho". Revista de ciencia aplicada de polímeros . 9 (4): 1233-1251. doi : 10.1002 / app.1965.070090405 .
12. Lago, GJ; AG Thomas (1967). "La fuerza de los materiales altamente elásticos". Actas de la Royal Society of London A: Matemáticas y Ciencias Físicas . 300 (1460): 108-119. doi : 10.1098 / rspa.1967.0160 . S2CID 138395281 . 
13. Erwin V. Zaretsky (agosto de 2010). "En busca de un límite de fatiga: una crítica de la norma ISO 281: 2007" (PDF) . Tecnología de lubricación y tribología : 30–40. Archivado desde el original (PDF) el 18 de mayo de 2015.
14. "ISO 281: 2007 estándar de vida útil de los rodamientos, y la respuesta es?" (PDF) . Tribología y tecnología de lubricación : 34–43. Julio de 2010. Archivado desde el original (PDF) el 24 de octubre de 2013.
15. W. Schutz (1996). Antecedentes de fatiga. Ingeniería mecánica de fracturas 54: 263-300. DOI
16. Bathias, C. (1999). "No hay vida a fatiga infinita en materiales metálicos". Fatiga y fractura de materiales y estructuras de ingeniería . 22 (7): 559–565. doi : 10.1046 / j.1460-2695.1999.00183.x .