Instituto Tecnológico de Celaya

Departamento de ingeniería mecánica

Diseño mecánico 1

José Alberto Zavala Bustos

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Factores que afectan el límite de endurancia (Resistencia a la fatiga).

Se ha visto, que una probeta de una viga rotatoria se emplea en el laboratorio para determinar su límite de

endurancia, preparada de manera cuidadosa y probada bajo condiciones muy controladas. Es ilógico esperar

que el límite de endurancia de un elemento mecánico o estructural se ajuste a los valores obtenidos en el

laboratorio. Algunas diferencias incluyen:

El material: composición, iniciadores de falla, variaciones en composición, etc.

Fabricación, el método, tratamiento térmico, condiciones superficiales, concentradores de esfuerzos

Medio ambiente: corrosión, temperatura, estado de esfuerzos, tiempos de relajación

El diseño: el tamaño, forma, la vida, estado de esfuerzo, concentración de esfuerzos, velocidad, etc.

Marin, identificó los factores que cuantifican los efectos de la condición superficial, tamaño, carga,

temperatura y efectos misceláneos. La ecuación de Marin, tiene la forma:

'

efedcbae SkkkkkkS ---------------------------Ecuación 1.

Donde: erficialcondiciónporificacióndefactorka supmod

tamañopornificicaciódefactorkb mod

acporificacióndefactorkc argmod

atemperaturporificacióndefactorkd mod

dadconfiabiliporificacióndefactorkd mod

smiscelaneoefectosporificacióndefactork f mod

pruebadeprobetaunadeenduranciadeiteSe lim'

mecánicoelementoundeenduranciadeiteSe lim

a) Factor de modificación por condición superficial: La superficie de una probeta de viga rotaroria está

altamente pulida, con un pulido en dirección axial, para suavizar cualquier rasguño circunferencial. El

factor de modificación por acabado superficial, depende de la calidad del acabado de la actual superficie

de la pieza y de la resistencia a la tensión del material de la pieza. Una expresión cuantitativa de acabados

comunes de partes maquinadas, se evalúa mediante la siguiente expresión:

b

uta aSk -------------------------Ecuación 1.1

Donde tensiónlaaúltimasitenciaSut Re , a y b , son constantes que se toman de la siguiente

tabla:

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b) Factor de modificación por tamaño: Para carga por flexión y por torsión, el factor de modificación por

tamaño se determina mediante:

Ecuación 1.2

Por carga axial

c) Factor de modificación por carga: Los valores permisibles del factor de modificación por carga, están

especificados como:

Ecuación 1.3

d) Factor de modificación por temperatura: La temperatura es uno de los parámetros que modifican de

manera considerable el comportamiento de los diferentes materiales estructurales. Los análisis de la

información de innumerables pruebas realizadas bajo condiciones especificadas, proponen la siguiente

ecuación, en la evaluación de factor de modificación por temperatura:

41238253 )10(595.0)10(104.0)10(115.0)10(432.0975.0 FFFFd TTTTk --Ec.1.4

Cuando FTF 100070

Si el límite de endurancia de la viga rotativa se conoce a temperatura ambiente, entonces aplique:

RT

Td

S

Sk ------------Ecuación 1.4.1

Estos valores se muestran en la tabla siguiente.

e) Factor de modificación por confiabilidad: Los datos reportados sobre límite de endurancia en probetas,

apunta a una dispersión de datos, es por esto que los valores reportados son valores promedio. Se propone

entonces, un factor de modificación por confiabilidad dado por:

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ae zk 08.01 ------------------Ecuación 1.5

Donde los valores de az , la confiabilidad y el factor de corrección aparecen en la siguiente tabla:

f) Factor de modificación por efectos diversos: Algunos otros factores fuera de los aquí enunciados

también pueden provocar una reducción sobre la resistencia a la fatiga del material. Dada la enorme

cantidad de efectos y a que los datos no siempre están disponibles, hace difícil la cuantificación del efecto

de cada uno de ellos. Los esfuerzos residuales sobre una pieza, después de su fabricación puede mejorar o

afectar adversamente el límite de endurancia.

Algunos factores a considerar en su momento, sobre la modificación del límite de endurancia de una

pieza, pueden ser la corrosión, los recubrimientos electrolíticos, etc.

Bibliografía:

Budynas−Nisbett: Shigley’s, Mechanical Engineering Design, Eighth Edition