1.1 Diagrama Esfuerzo-numero de Ciclos

INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR DE SAN ANDRES TUXTLA

INGENIERIA ELECTROMECANICA Grupo

502-A  Mate ria:  Materia: DISEÑO DE ELEMENTOS DE MAQUINAS

Unidad 1:  RESISTENCIA  RESIS TENCIA A LA FATIGA

Investigación del tema: 1.1 DIAGRAMA ESFUERZO  – NUMERO DE CICLOS Docente: ING. VICTOR PALMA CRUZ

 Alum no:  Alumno: ERICK DE JESUS MARTINEZ CADENA SAN ANDRES TUXTLA, VER. A 30 DE AGOSTO DEL 2017

1.1 Diagrama De Esfuerzo - Número De Ciclos

OBJETIVO GENERAL DEL CURSO • Analizar y diseñar diferentes eleme ntos mecánicos utilizados en la construcción de maquinaria, equipo y sistemas electromecánicos, determinando: • Los esfuerzos que se presentan en los eleme ntos mecánicos de acuerdo a los tipos de cargas a que son sometidos. • La geometría más adecuada de los elementos mecánicos. • El tipo de material más óptimo para qu e soporte los diferentes esfuerzos desarrollados en los elementos de máquina .

1.1 Diagrama De Esfuerzo - Número De Ciclos

TEMARIO DE LA UNIDAD Unidad 1 Resistencia a la fatiga 1.1 Diagrama de esfuerzo - número de ciclos. 1.2 Factores que modifican el límite de resistencia a la fatiga. 1.3 Esfuerzos combinado fluctuantes. 1.4 Teorías de falla.

1.1 Diagrama De Esfuerzo - Número De Ciclos

COMPETENCIA ESPECIFICA Conocer la resistencia o límite a la fatiga de los materiales, así como los factores que la modifican para analizar los diferentes elementos sujetos a cargas cíclicas.

ACTIVIDADES A DESARROLLAR 

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Revisar fuentes de información, interpretar y explicar los conceptos básicos y las generalidades que dan como consecuencia la resistencia a la fatiga de los materiales. Dibujar un diagrama esfuerzo- número de ciclos e identificar las características de la curva y el límite de la resistencia a la fatiga y redactar las conclusiones. Explicar la importancia que tienen cada uno de los factores que modifican el límite de resistencia a la fatiga y cómo afecta cada uno de estos en los materiales. Resolver problemas de resistencia a la fatiga cuando el material se encuentra sometido a cargas fluctuantes, utilizando las teorías no lineales. Analizar, explicar y seleccionar el factor de seguridad más adecuado para par a materiales que estén sometidos a fatiga, utilizando distintos criterios.

CRITERIO DE EVALUACION

Investigación Exposición Ejercicio en clase y extra clase Evaluación escrita

20% 20% 20% 40%

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INTRODUCCION Muchos de los elementos de máquinas, tales como cigüeñales, ejes y bielas, son sometidos a cargas variables. Debido a estas cargas se genera varios tipos de esfuerzos donde empieza por una grieta hasta llegar a una ruptura llamada fatiga. En esta unidad analizaremos el termino de fatiga y las causas que la pueden originar. El material que se usa frecuentemente para los diseños de ingeniería, ya sea estructural y mecánico, es el acero, debido deb ido a esto analizaremos su diagrama de esfuerzo  – deformación.

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DIAGRAMA DE ESFUERZO - NÚMERO DE CICLOS El término fatiga se le denomina a la falla de un material sometido a cargas variables, después de cierto número de repeticiones (ciclos) de carga. Podría decirse que este tipo de falla fue observado por primera vez en el siglo XIX, cuando los ejes de los carros de ferrocarril comenzaron a fallar después de un corto tiempo de servicio. El término “fatiga” fue usado por primera vez por Poncelet en 1839, para describir la situación de falla de los materiales sometidos a cargas variables. Similarmente, en 1843, Rankine publicó un estudio sobre las causas de la ruptura inesperada de los muñones de los ejes de ferrocarril, ferrocarri l, en el cual decía que el material dúctil dúcti l se había cristalizado y hecho frágil debido a la fluctuación de los esfuerzos.

Luego, en 1870, después de 12 años de investigación sobre las fallas por fatiga, el ingeniero alemán August Wohler publicó los resultados de su estudio, en el cual se mostraba como “la causa” de la falla al número de ciclos de esfuerzo. Al realizar pruebas sobre las mitades rotas de los ejes que habían fallado por fatiga, observó que el material tenía la misma resistencia y ductilidad bajo carga de tensión que el material original. Este ingeniero alemán alem án encontró, además, la existencia de un límite de resistencia a la fatiga para los aceros. Wohler realizó pruebas sobre probetas de c arga que se genera acero sometidas a “flexión giratoria”,  denominada así al tipo de carga en un elemento que gira sometido a un momento flector. Wohler obtuvo un d iagrama    (esfuerzo - número de ciclos) o como, el cual es conocido como diagrama  −  diagrama de vida-resistencia de Wohler. El esfuerzo (o resistencia)  corresponde al valor del esfuerzo al cual se somete la probeta, y   es el número de ciclos de esfuerzo. Las líneas del diagrama representan aproximaciones a los puntos reales de falla obtenidos en los ensayos. Se observa que para el rango donde la pendiente de la curva continua es negativa, entre menor sea el esfuerzo al cual se somete la probeta, mayor es su duración. Si se somete una probeta al esfuerzo último, , la probeta sólo soporta la primera aplicación de la carga máxima. El diagrama para muchos aceros es como el dado por la curva ABC. La curva tiene un codo en  = ’ ’ y    106 ciclos, a partir del cual el esfuerzo que produce la falla permanece constante. Esto indica que si la probeta se somete a un esfuerzo menor

1.1 Diagrama De Esfuerzo - Número De Ciclos que ’, ésta no fallará; es decir, la probeta tendrá una vida infinita. A niveles superiores de esfuerzo, la probeta fallará después de un número de ciclos de carga y, por lo tanto, tendrá vida finita. Como Se’ es el l ímite por debajo del cual no se produce falla, se le conoce como límite de fatiga.  A continuación, continuación, se analizarán analizarán las características características de la curva de esfuerzoesfuerzodeformación convencional para el acero, un material que se usa de manera frecuente para fabricar elementos estructurales y mecánicos. A partir de esta curva se pueden identificar cuatro diferentes formas en que se comporta el material, en función de la deformación inducida en éste.

Comportamiento elástico. Aquí la curva es en realidad una línea recta en la mayor parte de la región, de modo que el esfuerzo es proporcional a la deformación. Se dice que el material contenido conten ido en esta región es elástico lineal.  Si el esfuerzo excede ligeramente el límite de proporcionalidad, la curva tiende a doblarse y aplanarse. Esto continúa hasta que el esfuerzo alcanza el límite elástico. En este punto, si se retira la carga, la probeta recuperará de nuevo su forma original.

Cedencia. Un ligero aumento en el esfuerzo por encima del límite elástico generará un rompimiento del material y ocasionará que éste se deformará de manera permanente. Este comportamiento se denomina cedencia. El esfuerzo que causa la cedencia se llama esfuerzo de cedencia, y la deformación que se produce se denomina deformación. Observe que después de haber alcanzado el punto de cedencia, la probeta seguirá deformándose sin ningún incremento en la carga. Cuando el material se encuentra en este estado se dice que es  perfectamente  plástico

Endurecimiento por deformación. Cuando termina la cedencia, la probeta puede soportar un aumento de la carga, lo que resulta en una curva que asciende continuamente pero que se vuelve más plana hasta llegar a un esfuerzo máximo conocido como esfuerzo último . Este incremento en la curva se llama endurecimiento por deformación .

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Estricción. Mientras la probeta se alarga hasta llegar al esfuerzo último, el área de su sección transversal se reduce. Esta reducción es bastante uniforme en toda la longitud calibrada de la probeta; sin embargo, justo después del esfuerzo último, el área de la sección transversal comenzará a disminuir en una región localizada de la probeta. Aquí el diagrama esfuerzo-deformación tiende a curvarse hacia abajo hasta que la probeta se rompe en el esfuerzo de fractura .

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CONCLUSIÓN Los esfuerzos variables en un elemento tienden a producir grietas que crecen a medida que éstos se repiten, hasta que se produce la falla total o ruptura, este fenómeno se denomina fatiga. Los tipos de cargas que actúan en un elemento y generan este tipo de fallas, son las cargas de flexión, cargas de torque y las cargas sometidas a presión, con base de la magnitud de la fuerza que se aplique en cada una de las cargas y las repeticiones con las que se realice, se conocerá el límite de la fatiga.

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BIBLIOGRAFIA 1. Joseph E.Shigley & Charles R. Mischke, Diseño en Ingeniería Mecánica,Sexta Edición, Editorial: Mc. Graw Hill, febrero del 2004. 2. Robert L. Mott & Virgilio González y Pozo, Diseño de Elementos de Máquinas, Cuarta Edición, Editorial: Pearson Educación, 2006. 3. José L. Cortizo Rodríguez, Elementos de Máquinas: Teoría y Problemas, Segunda Edición, Editorial: Universidad de Oviedo, 2004. 4. A. C. Ugural, Mechanical Desing, Edición: Ilustrada,Editorial: Mc.Graw Hill Profesional, 2003.