Análisis de fatiga estructural
Introducción
En ingeniería y, en especial, en ciencia de los materiales, la fatiga de materiales se refiere a un fenómeno por el cual la rotura de los materiales bajo cargas dinámicas cíclicas se produce más fácilmente que con cargas estáticas. Aunque es un fenómeno que, sin definición formal, era reconocido desde la antigüedad, este comportamiento no fue de interés real hasta la revolución industrial, cuando a mediados del siglo se comenzaron a producir las fuerzas necesarias para provocar la rotura de los materiales con cargas dinámicas muy inferiores a las necesarias en el caso estático y a desarrollar métodos de cálculo para el diseño de piezas confiables. Este no es el caso de materiales de aparición reciente, para los que es necesaria la fabricación y el ensayo de prototipos.
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- Denominado ciclo de carga repetida, los máximos y mínimos son asimétricos con respecto al nivel cero de carga.
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- Aleatorio: el nivel de tensión puede variar al azar en amplitud y frecuencia.
En ciencia de los materiales, la fatiga es la iniciación y propagación de grietas en un material debido a cargas cíclicas. Una vez que se ha iniciado una grieta de fatiga, crece una pequeña cantidad con cada ciclo de carga, produciendo normalmente estriaciones&action=edit&redlink=1 "Estriación (fatiga) (aún no redactado)") en algunas partes de la superficie de fractura. La grieta seguirá creciendo hasta que alcance un tamaño crítico, que se produce cuando el factor de intensidad de la tensión") de la grieta supera la resistencia a la fractura") del material, produciendo una rápida propagación y, normalmente, la fractura completa de la estructura.
La fatiga se ha asociado tradicionalmente al fallo de componentes metálicos, lo que dio lugar al término fatiga del metal. En el siglo , se pensaba que el fallo repentino de los ejes metálicos de los ferrocarriles se debía a la cristalización del metal debido al aspecto quebradizo de la superficie de la fractura, pero esto se ha refutado desde entonces.[1] La mayoría de los materiales, como los compuestos, plásticos y cerámicas, parecen experimentar algún tipo de fallo relacionado con la fatiga.[2].
Para ayudar a predecir la vida a fatiga de un componente, se realizan ensayos de fatiga") utilizando cupones para medir la tasa de crecimiento de grietas aplicando cargas cíclicas de amplitud constante y promediando el crecimiento medido de una grieta a lo largo de miles de ciclos. Sin embargo, también hay que tener en cuenta una serie de casos especiales en los que la tasa de crecimiento de la grieta es significativamente diferente en comparación con la obtenida mediante ensayos de amplitud constante, como la tasa de crecimiento reducida que se produce para cargas pequeñas cercanas al o tras la aplicación de una , y la tasa de crecimiento de la grieta aumentada asociada a las o tras la aplicación de una .[2].