Fatiga del acero debida a cargas cíclicas
Algunos datos sobre la fatiga
- El primer artículo publicado sobre fatiga es de 1837
- La fatiga causa daños irreversibles; el material no puede recuperarse
- El acero tiene un límite de fatiga teórico; la carga continua por debajo de este límite no conduce al fallo por fatiga
- Las tensiones de tracción son las principales causantes de la fatiga, pero incluso las cargas de compresión pueden ser la razón
- Un rango de tensión más amplio conduce a una vida útil más corta de la estructura
- La temperatura, la rugosidad superficial, las tensiones residuales y otros factores influyen en la vida de fatiga
Etapas de la fatiga
En general, distinguimos tres etapas:
- Etapa uno – Iniciación de la grieta
Las microgrietas comienzan a formarse alrededor de formaciones geométricas concentradoras de tensiones, como los bordes. Cuando el ancho de una rotura supera los 10 μm, podemos hablar de grieta.
- Etapa dos – Crecimiento de las grietas
El crecimiento de la grieta depende del rango de carga cíclica, la tensión media, pero también de las sobrecargas y subcargas. El crecimiento de la grieta puede incluso detenerse si las cargas son menores que un cierto umbral.
- Etapa tres – Propagación de la grieta
La propagación de las grietas se produce cuando las microgrietas y las tensiones asociadas alcanzan un cierto tamaño. Cuando la tensión supera el valor denominado tenacidad a la fractura (una forma cuantitativa de expresar la resistencia de un material a la fractura frágil cuando existe una grieta), se producirá la fractura insostenible.
Cómo prevenir la fatiga
La fatiga puede reducirse o evitarse por completo con las consideraciones de ingeniería adecuadas. Para las estructuras de acero, existen dos formas principales de prevenir los fallos por fatiga.
1. mantener la tensión por debajo del umbral del límite de fatiga (concepto de vida infinita)
La vida de fatiga Nf es el número de ciclos de tensión de un carácter especificado que una estructura soporta antes de que se produzca el fallo. Para el acero, existe un valor teórico de amplitud de tensión por debajo del cual el material no fallará para ningún número de ciclos. Este valor se denomina límite de fatiga o límite de resistencia.
Por AndrewDressel en Wikipedia en inglés, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6319461
2. realizar un análisis de fatiga mediante software en los diseños de estructuras
El análisis mediante software puede revelar áreas donde la fatiga es un problema. Puede ayudar a rediseñar la estructura, por ejemplo, concentrar las tensiones en lugares preferibles de la estructura, cambiar las dimensiones y posiciones de los agujeros, etc.
Nuestra solución
El primer paso de esta extensa tarea se ha realizado en IDEA StatiCa V21. Consulte este artículo, donde se describe el análisis según EN 1993-1-9.
El análisis se puede encontrar junto a los otros tipos debajo de la cinta superior.
El tipo de análisis de fatiga sirve para determinar el rango de tensión normal y cortante entre dos casos de carga. Las tensiones corresponden a tensiones nominales y deben evaluarse posteriormente mediante métodos de cálculo normativos. Se asume que se utiliza para el diseño de detalles de fatiga de alto ciclo, donde no se espera plastificación.
El tipo de análisis de fatiga no proporciona ninguna resistencia final ni el número de ciclos que puede soportar el detalle. Solo proporciona datos de entrada para cálculos posteriores según las normativas.
La tensión nominal puede calcularse para:
- Tornillos – a tracción y cortante
- Soldaduras – generadas automáticamente en una sección de placa junto a la soldadura
- Placas – en secciones definidas por el usuario
La tensión nominal se determina restando las tensiones del caso de carga de referencia de otro caso de carga.
Para ver más de cerca este tipo de análisis, visite nuestro Centro de soporte:
Fundamentos teóricos: Tipo de análisis de fatiga
Análisis de fatiga – Soldaduras a tope de sección en I
Este tipo de análisis está disponible para nuestros usuarios en la edición Enhanced .
