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Title: Equipo de mesa para ensayo de fatiga por flexión rotativa.
Author: Rodríguez Herrera, Carlos Andrés
Rojo Álvarez, Joaquín Guillermo
Ricaurte Yarce, César Augusto
Rendón Duque, Helder de Jesús
Hurtado Medina, Balmer
Issue Date: 24-Jul-2007
Advisor / Validator: Villegas Quiceno, Adriana Patricia
Keywords: Equipos de mesa
Fatiga (ingeniería)
Flexión rotativa
Ensayo de fatiga
Description: Durante el siglo XIX los ingenieros ferroviarios de media Europa se preguntaban cuáles podrían ser las causas de las continuas roturas de los ejes de sus trenes sabiendo que los niveles de esfuerzos estaban por debajo de la resistencia última del material, incluso algunas veces por debajo del límite elástico. Estas roturas se daban en elementos de máquinas sometidos a esfuerzos variables y fue entre 1852 y 1870, cuando un ingeniero ferroviario realizó los primeros estudios sistemáticos de este particular proceso de rotura. Fue el ingeniero, August Wohler, quien realizó una serie de ensayos sometiendo diversos aceros a diferentes rangos de cargas variables y creó lo que hoy se conoce como las curvas S-N. Wohler elaboró una teoría basada en la experimentación que predecía la vida de los materiales para un alto número de ciclos, pero que desconocía la naturaleza del fenómeno. En la primera mitad del siglo XX todos los esfuerzos se encaminaron a entender los mecanismos del proceso de fatiga más que a observar sus resultados. De esta manera, durante los años cincuenta y sesenta se desarrollaron dos teorías, una basada en la mecánica elástico lineal de la fractura (para explicar el proceso de propagación de la grieta) y otra basada en la teoría de la deformación local de Coffin-Manson (que explica el proceso de iniciación de grieta). Para poder explicar estas dos teorías se define la fatiga de los materiales como un fenómeno de creación y crecimiento de grietas en el interior de las piezas. Después de un cierto periodo de tiempo una grieta se producirá en la superficie del material y esta se irá propagando a lo largo de la sección. La pieza se romperá cuando la sección remanente sea tan pequeña que supere el esfuerzo último del material. Este fenómeno está dividido en dos etapas, la primera es la creación de la grieta y la segunda es la propagación de la misma. Como las grietas por fatiga se inician en la superficie del material, para ello se debe evitar en lo posible ralladuras, indentaciones y arañazos en las superficies las cuales afectan el acabado (por ejemplo, grabar el nombre comercial en la pieza), sobre todo en zonas con elevado nivel de esfuerzos. Mas adelante como resultado de investigaciones empíricas se observó, que piezas de igual dimensión, material, tratamiento y trabajando bajo las mismas condiciones, fallan por fatiga a distintos valores de cargas. Esto indica una dispersión en los valores de límite de fatiga de una pieza que hace imposible el uso de un valor para diseño, más allá del coeficiente de seguridad usado. La solución es aplicar métodos estadísticos a los resultados de los ensayos para obtener valores coherentes y reales, y así obtener la probabilidad de falla por fatiga. Los estudios estructurales lineales y no lineales no predicen los fallos por fatiga, solo calculan la respuesta de un diseño sujeto a un entorno específico de cargas y restricciones. Si los resultados de las cargas están por debajo de la resistencia última el ingeniero puede concluir que el diseño es seguro para soportar los ciclos de trabajo. Los resultados de los estudios estructurales (estáticos y dinámicos, lineales y no lineales) se usan como los datos básicos de partida para definir el estudio de fatiga. El número de ciclos requeridos para que el fallo por fatiga ocurra en un punto depende del material y de la variación de los esfuerzos. Esta información, para los materiales se obtiene de la curva S-N.
Table Of Contents: Introducción 11. -- 1. Planteamiento del problema 13. -- 2. Objetivos 15. -- 2.1 Objetivo general 15. -- 2.2 Objetivos específicos 15. -- 3. Justificación 16. -- 4. Marco teórico 18. -- 4.1 Antecedentes históricos 18. -- 4.2 Manifestación y proceso de falla 20. -- 4.2.1 Nucleación: cómo se origina la fisura 21. -- 4.2.2. Propagación: crecimiento de la fisura 24. -- 4.2.3. Rotura 25. -- 4.3 Superficie de la fractura 25. -- 4.3.1 La fractura tiene dos zonas características 25. -- 4.3.1.1. Zona lisa 25. -- 4.3.1.2 zona rugosa 26. -- 4.4 Tipos de fracturas 26. -- 4.5 Curva de Wohler 27. -- 4.5.1 Curva S-N 29. -- 4.6 Factores de modifican el limite de resistencia a la fatiga 34. -- 4.6.1 Factor de acabado superficial 35. -- 4.6.2 Factor de tamaño 37. -- 4.6.3 Factor de confiabilidad 38. -- 4.6.4 Factor de temperatura 38. -- 4.6.5 Factor de efectos diversos 39. -- 4.6.6. Otros efectos que afectan la fatiga 40. -- 4.7. Efecto de las sobrecargas 41. -- 4.8. Cargas de amplitud variable 42. -- 4.9. Grietas cortas 43. -- 4.10. Tipos de ensayos 45. -- 4.10.1. Ensayo a la tracción 45. -- 4.10.2. Ensayo de compresión 46. -- 4.10.3. Ensayo de flexión 47. -- 4.10.4. Ensayo de torsión 47. -- 4.10.5. Ensayo de corte 48. -- 4.10.6 Ensayo de fatiga 49. -- 5. Metodología 50. -- 5.1 Modalidad 50. -- 5.2. Tipo de estudio 50. -- 5.3. Método 50. -- 5.3.1. Fuentes primarias 50. -- 5.3.2. Fuentes secundarias. 50. -- 6. Desarrollo del trabajo 51. -- 6.1. Descripción técnica 51. -- 6.2. Análisis de diseño 52. -- 6.2.1 Cálculo del eje 52. -- 6.2.2. Rediseño cálculo del eje 56. -- 6.2.3 Calculo del motor 58. -- 6.2.4 descripción del equipo 63. -- 6.3. Información básica de un ensayo de fatiga por flexión rotativa. 65. -- 6.3.1 Ejemplo de datos para una prueba con un acero 1020 66. -- 7. Bibliografía 68. -- 8. Conclusiones 69. -- 9. Recomendaciones 70. -- 10. Anexos 71. --
Program: Ingeniería Mecánica
Headquarters: Medellín
Publisher: Universidad Cooperativa de Colombia, Facultad de Ingenierías, Ingeniería Mecánica, Medellín y Envigado
Type: Trabajos de grado - Pregrado
Citation: Rodríguez Herrera, C. A. Rojo Álvarez, J. G. Ricaurte Yarce, C. A. Rendón Duque, H. J. y Hurtado Medina, B. (2007). Equipo de mesa para ensayo de fatiga por flexión rotativa. (Tesis no publicada). Universidad Cooperativa de Colombia. Medellín, Colombia
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