Ensaig de fatiga

El ensaig de fatiga permet determinar la resistència que oferix una peça davant càrregues cíclicas.

La fatiga és la situació en la que es troben distintes peces someses a càrregues cíclicas l'intensitat de les quals posseïx un valor inferior al crític de trencament del material.

L'amplitut de la tensió varia entorn cos d'un valor mig, el promig de les tensions màxima i mínima en cada cicle:

${\sigma }_m=\frac{{\sigma }_{max}+{\sigma }_{min}}{2}$

L'interval de tensions és la diferència entre tensió màxima i mínima

${\sigma }_r={\sigma }_{max}-{\sigma }_{min}$

Existixen dos tipos de fatiga:

• Fatiga en elements sense defectes: El comportament front a la fatiga presenten l'etapa de la nucleación de fissures, i l'etapa de creiximent de les fissures fins a alcançar un tamany crític que originaria el trencament. Dos eixemples d'esta fatiga és l'usat en bielas i eixs.
• Fatiga en elements en defectes: La duració de l'element està llimitada per la velocitat de creiximent de les fissures. És necessari realisar anàlisis periòdics no destructius, com a ultrasons i radiografies. Varis eixemples d'esta fatiga és la que es produïx en ponts, barcos i avions. Resulta impossible garantisar l'absència de defectes, ya que estos elements es fabriquen unint vàries peces, i en les unions és inevitable que existixquen fissuras.

Quan una peça es troba somesa a un procés de fatiga, els clavills de chicotet tamany aumenten progressivament fins que es produïx el trencament.

En un trencament per fatiga es distinguixen l'el defecte inicial, la zona de creiximent de la fissura per efecte del fenomen de fatiga, i la zona de trencament final súbit.

L'ensaig de fatiga més habitual és aquell que se somet una probeta a una flexión rotativa. La probeta se somet en la seua zona central a un esforç de flexión constant produït per dos pesos. Per mig d'un motor elèctric es fa girar la probeta, i experimenta un procés cíclico, de tal forma que la seua part superior, en girar mig regrés, l'esforç que actua és de tracció. Com a resultat es determina el número de cicles capaç de soportar per a distintes amplitut de càrrega, abans de produir-se el trencament.

Quant major és l'amplitut del cicle de la càrrega, menor és el número de cicles abans del trencament.

Archiu:Curva wohler.jpg

Curva S-N que representa el llímit de fatiga.

Particularment, en les aleacions de titani i en els acers, existix un valor (${\Delta }_{\sigma }$) per baix del com no es produïx trencament per fatiga. A este valor se li denomina llímit de fatiga, i sol oscilar entre 0,4 i 0,5 voltes la càrrega de trencament del material. Generalment les aleacions no férrees no presenten este llímit, i el seu valor es definix com l'amplitut de tensió que no provoca el trencament despuix d'haver descrit cent o cent millons de cicles.

La fatiga la qual no produïx deformacions plàstiques en el material es rig per la fòrmula:

${\Delta }_{\sigma }\cdot N^a=b$

sent N el número de cicles i a i b constants del material.

En el diagrama de Goodman-Smith es posa de manifest que quant major siga el valor absolut de la tensió mija aplicada, menor serà l'amplitut de cicle que podrà soportar el material. En este diagrama, en funció de la tensió mija, es representen les tensions màxima i mínima que provoquen el trencament del material en un número determinat de cicles.

Quan el valor de la tensió mija coincidix en la tensió de resistència de tracció, qualsevol amplitut de cicle que s'aplica al material, provocarà immediatament el seu trencament.

Si la tensió mija és zero, l'amplitut del cicle és màxima, i a mida que la tensió mija vaja incrementant aproximant-se al valor de la resistència a la tracció, l'amplitut del cicle es reduirà.

A menor número de cicles, la curva s'eixamplarà, i a major número de cicles, la curva s'estretirà.

En moltes ocasions la curva de Goodman-Smith s'aproxima a una recta. D'esta forma, si ${\Delta }_O$ és l'amplitut de càrrega quan la tensió mija és nula per a un número de cicles N, i ${\sigma }_R$ és la resistència a la tracció, l'amplitut de càrrega que ocasiona el trencament vindrà donada per:

${\Delta }_{\sigma }({\sigma }_m)={\Delta }_{{\sigma }_O}\cdot (1-\frac{{\sigma }_m}{{\sigma }_R})$

Naturalea provabilística de la fatiga

El fenomen de la fatiga és de naturalea estadística. Vàries probetas idèntiques someses a una mateixa càrrega cíclica poden soportar distints números de cicles. Per esta raó es realisen varis ensajos en les mateixes condicions per a conéixer quin és la distribució estadística que seguixen les senyes.

Per este motiu, en parlar de fatiga s'aludix a la provabilitat de que una probeta somesa a unes condicions de càrrega alcance cert número de cicles sense trencar-se.

Bibliografia

• (2014) Tecnologia industrial II (en espanyol), Espanya: Everest Societat Anònima, pp. 440. ISBN 9788424190538.