Diseño y construcción de una máquina de pruebas de fatiga con cargas de amplitud variable

Abstract

Muchos de los elementos de máquinas, tales como cigüeñales, árboles, ejes, bielas y resortes, son sometidos a cargas variables. El comportamiento de los materiales bajo este tipo de carga es diferente a aquel bajo cargas estáticas; mientras que una pieza soporta una gran carga estática, la misma puede fallar con una carga mucho menor si ésta se repite un gran número de veces. Los esfuerzos variables en un elemento tienden a producir grietas que crecen a medida que éstos se repiten, hasta que se produce la falla total; este fenómeno se denomina fatiga, aunque es común identificarla como roturas por tensiones repetidas, tensiones que pueden actuar individualmente o combinadas. Son diversos los factores que intervienen en un proceso de rotura por fatiga aparte de las tensiones aplicadas. Así pues, el diseño, tratamiento y endurecimiento superficial pueden tener una importancia relativa En la mayoría de los ensayos para determinar las propiedades de los materiales que se relacionan con el diagrama esfuerzo-deformación, la carga se aplica en forma gradual, para proporcionar suficiente tiempo a fin de que la deformación se desarrolle en su totalidad. Además, la muestra se ensaya hasta su destrucción, por lo cual los esfuerzos sólo se aplican una vez. Por ello, los ensayos de esta clase se aplican bajo lo que se conoce como condiciones estáticas, que se aproximan en gran medida a las condiciones reales a las que se someterán muchos elementos estructurales y de máquinas. Sin embargo, con frecuencia existe una condición en la cual los esfuerzos varían o fluctúan entre ciertos niveles y producen esfuerzos que se llaman esfuerzos variables, repetidos, alternantes o fluctuantes. A menudo, se encuentra que los elementos de máquinas han fallado bajo la acción de esfuerzos repetidos o fluctuantes; no obstante, el análisis más cuidadoso revela que los esfuerzos máximos reales estuvieron por debajo de la resistencia última del material y con mucha frecuencia incluso por debajo de la resistencia a la fluencia. La característica más notable de estas fallas consiste en que los esfuerzos se repitieron un gran número de veces. El interés que nos lleva a realizar este proyecto consiste en realizar una prueba de fatiga en una probeta a una condición más real en la que obtendremos resultados más veraces, por ejemplo, el esfuerzo normal máximo en una viga de un ala de una aeronave puede variar de manera muy irregular, al ser sometida a la fuerza del viento y a las vibraciones que debe soportar. En primera instancia se justificara la importancia de realizar este proyecto así como los objetivos a cumplir, los alcances y limitaciones que se presentaron durante su realización.