Diseño para Fatiga - webaero

1. INTRODUCCIÓN
Cuando un componente o un elemento
estructural se ve sometido a fluctuaciones de la
tensión, es posible que se produzca el desarrollo
de la grieta de fatiga. Las grietas de fatiga se propagan
lentamente, produciéndose generalmente
un incremento de la propagación de la grieta
muy reducido en cada ciclo y con poca o ninguna
evidencia de deformación plástica. Las grietas
pueden continuar su propagación hasta causar
el agotamiento total del componente, barra o
estructura mediante una rotura rápida, un colapso
plástico u otro modo que impida que se efectúen
las labores de servicio.
En ensayos de laboratorio efectuados
sobre probetas lisas pulidas, cada una de las
fluctuaciones de tensión produce un movimiento
de dislocaciones hasta que algunos planos de
deslizamiento se entrelazan y se producen protuberancias
por deslizamiento. Algunas autoridades
describen la formación de bandas de deslizamiento
persistentes como Etapa 1 y el
desarrollo de protuberancias y grietas minúsculas
como Etapa 2. La Etapa 3 consiste en el
desarrollo adicional de estas grietas hasta convertirse
en grietas macroscópicas y en su subsiguiente
propagación.
Las etapas previas a la formación de una
grieta macroscópica representan la vida de iniciación
del componente, mientras que el resto
de la vida, tras la formación de una grieta de
este tipo, es la vida de propagación. Por lo
tanto, normalmente la vida a la fatiga global de
un componente es como se indica a continuación:
Vida total = Vida de iniciación + vida de propagación
320
En aquellos casos en los que las grietas
iniciales están presentes, la vida de iniciación
desaparece y la propagación de la grieta ocupa la
totalidad de la vida, desde la magnitud inicial
hasta una magnitud final que se determina, bien
mediante una rotura instantánea o mediante un
colapso plástico de la sección transversal remanente.
En algunas aplicaciones, la presencia de
defectos con forma de grieta iniciales es inherente
al proceso de fabricación. Un caso de especial
importancia al que puede aplicarse lo anterior lo
constituyen las estructuras soldadas en las que
se producen minúsculas intrusiones de escoria,
de una profundidad del orden de 0,1 a 0,4 mm en
la zona parcialmente fundida del borde de la soldadura.
En vista de lo anterior, el comportamiento
ante la fatiga de las uniones soldadas está
dominado por la vida de propagación.
Tal y como se indicó en la lección 14.11,
la mecánica de la fractura se ocupa del análisis
de los rangos de tensión del borde de la grieta y
de sus efectos sobre los mecanismos de agotamiento.
La aplicación de la mecánica de la fractura
al comportamiento ante la fatiga está relacionada
con la vida de propagación, puesto que
es únicamente durante esta etapa cuando aparecen
grietas macroscópicas. Así pues, en aquellas
situaciones en las que no hay defectos iniciales
presentes, es posible utilizar los análisis
de la mecánica de la fractura para calcular la
parte de propagación de la vida total a partir de
una magnitud hipotética del defecto inicial y final.
Entonces también resulta necesario calcular la
vida de iniciación y sumársela a la vida de propagación
con el fin de obtener un cálculo de la
vida total. No obstante, en las estructuras soldadas,
la vida de propagación proporciona una
buena estimación de la vida total, siempre y
cuando se parta de hipótesis realistas con respecto
a la magnitud inicial y final de la grieta.