Diseño para Fatiga - webaero

Tensión máxima, psi
nificativa a la deformación general, puede que
las fisuras comiencen a propagarse aquí y finalmente
produzcan la rotura de la pieza. Por lo
tanto, es necesario calcular la tensión local y
relacionarla con el comportamiento ante la fatiga
del componente entallado. Una primera
aproximación consiste en utilizar la curva S-N
para probetas no entalladas y reducir la tensión
mediante el coeficiente K t . En la figura 22 se
muestra un ejemplo de este enfoque para una
probeta de acero fuertemente entallada. La
curva predicha se ajusta razonablemente bien a
la zona de ciclos grandes, pero en vidas más
cortas resulta demasiado conservadora. La tendencia
que se muestra en la figura 22 es, de
hecho, una tendencia general, concretamente
que la reducción de la resistencia real a las fatigas
es inferior a la predicha por el coeficiente
de la concentración de tensiones. En su lugar,
se utiliza el coeficiente de fatiga por entalladura
K f para evaluar el efecto de las entalladuras
sobre la fatiga. K f se define como la relación de
la resistencia a la fatiga entre componentes con
entalladura y sin ella, obtenido en ensayos de
fatiga:
tens tensión ió n de fatiga de la probeta no entallada
Kf = (8)
tensi tensión
ón
de fatiga de la probeta entallada
38
200,000
180,000
160,000
140,000
120,000
100,000
80,000
60,000
40,000
20,000
0
Curva con entalladura
prevista en base a K T
1
2
radio típico 60o
Con entalladura
0,25
0,5 0,0128 radio
Sin entalladura
10 3 10 4 10 5 10 6 10 7
Ciclos
Figura 22 Curvas de resistencia a la fatiga (S-N) para muestras sin entalladura,
obtenidas en ensayos o por cálculo
A partir de la figura 22,
resulta evidente que K f varía con
la vida a la fatiga. Sin embargo, K f
se define habitualmente como el
ratio entre los límites de fatiga.
Con esta definición, K f es menor
que K t , el aumento de la tensión
debido a la entalladura no es, por
lo tanto, totalmente efectivo en la
fatiga. La diferencia entre K f y K t
es consecuencia de varias fuentes.
En primer lugar, el material en
la entalladura puede verse sometido
a un reblandecimiento cíclico
durante las cargas de fatiga y la
tensión local se reduce. En
segundo lugar, el material de la
pequeña zona situada en el fondo
de la entalladura experimenta un
efecto de apoyo causado por la contención ejercida
por el material circundante, de manera que
la deformación media en la zona crítica es menor
que la indicada por el coeficiente de la concentración
de la tensión elástica. Finalmente, hay un
efecto de variabilidad estadística que se deriva
del hecho de que la zona sometida a grandes
tensiones en la raíz de la entalladura es pequeña,
de manera que las probabilidades de encontrar
un punto débil son menores.
La sensibilidad al efecto de la entalladura
q es una medida de cómo responde el material
de la entalladura a los ciclos de fatiga, es decir,
de cómo K f se relaciona con K t . q se define como
el ratio del aumento efectivo de la tensión en la
fatiga debido a la entalladura frente al aumento
teórico de la tensión proporcionado por el coeficiente
de la concentración de tensiones elásticas.
Así pues, con referencia a la figura 21
σmax
eff − σn
Kf
σn
− σn
Kf
− 1
q = =
= (9)
σmax
− σn
Kt
σn
− σn
Kt
− 1
donde σmaxeff es la tensión máxima efectiva,
véase la figura 23. Esta definición de Kf proporciona
una escala para q que se extiende desde
cero hasta la unidad. Cuando q = 0, Kf = Kt = 1 y
el material es totalmente insensible al afecto de