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Técnicas para el diseño de elementos de máquinas por
Fatiga
:
Métodos de diseño para evitar la fatiga
Métodos de Análisis de Fatiga
|-- Método del Esfuerzo-Vida
|-- Evalúa la resistencia de materiales sometidos a cargas cíclicas
|-- Uso de ensayos de fatiga hasta la falla
|-- Diagrama S-N para estimar la vida útil
|-- Método de Deformación-Vida
|-- Explica la fatiga basada en deformaciones plásticas y elásticas
|-- Ecuación de Manson-Coffin para estimar la vida a la fatiga
|-- Método Mecánico de la Fractura
|-- Análisis del crecimiento de grietas por fatiga
|-- Etapas: Inicio, crecimiento y fractura final
|-- Ecuación de Paris para la propagación de grietas
Factores que Modifican el Límite de Resistencia a la Fatiga
|-- Material
|-- Factores de Marin
|-- ka: Condición superficial
|-- kb: Tamaño
|-- kc: Carga
|-- kd: Temperatura
|-- ke: Confiabilidad
|-- kf: Efectos varios
|-- Cálculo del Límite de Resistencia a la Fatiga
|-- Ecuación de Marin: Se = ka
kb
kc
kd
ke
kf
S'e
|-- Aplicaciones en diferentes tipos de acero y condiciones de uso
Concentración del esfuerzo y sensibilidad
a la muesca
|-- Factores de Concentración del Esfuerzo
|-- Las irregularidades como orificios y muescas incrementan los esfuerzos teóricos
|-- El factor de concentración del esfuerzo (Kt) se usa con el esfuerzo nominal
|-- En materiales menos sensibles, se emplea un valor reducido Kf
|-- Definición del Factor Kf
|-- Esfuerzo máximo en pieza con muesca vs. sin muesca
|-- Relación con Kt y sensibilidad a la muesca (q):
|-- q = (Kf - 1) / (Kt - 1)
|-- Si q = 0 → Kf = 1 (sin sensibilidad)
|-- Si q = 1 → Kf = Kt (sensibilidad total)
|-- Cálculo de Kf
|-- Kf = 1 + q (Kt - 1)
|-- Para cortante: Kfs = 1 + qc (Kts - 1)
|-- q se obtiene experimentalmente para aceros y aluminio
Criterios de Fatiga
|-- Goodman Modificado
|-- Origen
|-- Basado en el criterio de Goodman original
|-- Introducido para mejorar la precisión en materiales dúctiles
|-- Aplicaciones
|-- Útil en componentes sometidos a cargas combinadas
|-- Común en la industria automotriz y aeronáutica
|-- Estado Actual
|-- Aún se usa porque ajusta bien la resistencia a la fatiga con cargas medias
|-- ASME Elíptico
|-- Origen
|-- Desarrollado por la American Society of Mechanical Engineers (ASME)
|-- Creado para estructuras con esfuerzos variables
|-- Aplicaciones
|-- Se usa en diseño de turbinas, tuberías y estructuras sometidas a presión
|-- Popular en ingeniería mecánica y estructural
|-- Estado Actual
|-- Sigue vigente porque es un enfoque conservador y seguro
|-- Gerber
|-- Origen
|-- Basado en una ecuación parabólica para cargas fluctuantes
|-- Mejoró el criterio de Goodman para materiales dúctiles
|-- Aplicaciones
|-- Se usó en componentes de tracción con esfuerzos variables
|-- Aplicado en elementos estructurales de puentes y maquinaria
|-- Estado Actual
|-- Menos utilizado porque puede subestimar la fatiga en cargas combinadas
|-- Soderberg
|-- Origen
|-- Uno de los primeros criterios de fatiga
|-- Basado en un enfoque extremadamente conservador
|-- Aplicaciones
|-- Utilizado en estructuras críticas con alta exigencia de seguridad
|-- Aplicado en puentes, aviones y maquinaria pesada
|-- Estado Actual
|-- En desuso en muchas áreas por ser demasiado restrictivo en diseño
|-- Langer
|-- Origen
|-- Diseñado para evaluar materiales con cargas estáticas y dinámicas
|-- Considera tanto el esfuerzo máximo como la resistencia del material
|-- Aplicaciones
|-- Usado en estructuras sujetas a ciclos de carga repetitivos
|-- Común en ingeniería civil y mecánica
|-- Estado Actual
|-- Se sigue aplicando en diseños donde la seguridad es primordial