Las propiedades de fatiga de los materiales normalmente se expresan mediante ciclos de tensión uniaxiales, conocidos como curvas SN. Es importante señalar que en este contexto no se considera la teoría de la fatiga basada en la mecánica de la fractura.
La variación de voltaje a lo largo del tiempo generalmente sigue un patrón regular, como una onda sinusoidal, una onda cuadrada o un pulso. Sin embargo, a menudo se ignora la influencia de la tensión media en el rendimiento ante la fatiga (es decir, el impacto de r=S min /S max ≠ -1).
En realidad, el estado de tensión es generalmente multiaxial, con variación de tensión irregular y r≠-1. La correspondencia entre la tensión real y el comportamiento a la fatiga medido en el laboratorio, que implica una variación regular de la tensión, una tensión uniaxial y r = 1, constituye la base para el análisis de fatiga.
1. Tratamiento de la influencia media del estrés.
Cuando se dispone de curvas SN para diferentes valores de r, normalmente se emplea el método de interpolación para determinar la curva SN para valores desconocidos de r.
En los casos en los que solo esté disponible una curva SN con r=-1, se puede utilizar la siguiente fórmula para calcular el voltaje equivalente. Esta fórmula convierte la tensión uniaxial en r≠-1 en la tensión uniaxial cuando r=-1, que se conoce como tensión equivalente:
Donde a es la media amplitud del voltaje, S e es el voltaje equivalente deseado, Si es el voltaje promedio y diferentes valores de S u n constituyen diferentes teorías:
- Límite elástico de Soderberg (sy) 1
- Esfuerzo de tracción último de Goodman (su) 1
- Esfuerzo último de tracción de Gerber (su) 2
- Esfuerzo de fractura verdadero de mañana (sf) 1
2. Conversión de tensión multiaxial a tensión uniaxial.
Las siguientes opciones de tensión están disponibles para determinar el tipo de tensión utilizada para la transformación: tensión equivalente de Von Mises, tensión cortante máxima, tensión principal máxima o un componente de tensión específico (como Sx, Syz, etc.).
A veces también se emplea la tensión de Mises con signo, manteniendo su magnitud sin cambios. La señal corresponde a la señal de la tensión principal máxima. Una ventaja de este método es que permite considerar los efectos de la tensión o la compresión, los cuales se reflejan en la tensión media o r.
De manera similar a la teoría de la resistencia, la tensión equivalente de Von Mises y la conversión máxima del esfuerzo cortante son adecuadas para materiales con alta ductilidad, mientras que la conversión máxima del esfuerzo principal es apropiada para materiales frágiles.
3. Tratar el estrés irregular
Se analiza la curva de tiempo de tensión uniaxial equivalente alta y baja irregular para extraer una serie de ciclos de tensión simples (S a Si ) y sus tiempos correspondientes.
El conteo y las estadísticas se pueden obtener utilizando varios métodos, incluido el método dependiente de la ruta y el método independiente de la ruta.
Para completar el proceso de conteo se aplica el método de correlación de trayectoria, que es el método de conteo de caudales de lluvia más utilizado. Su algoritmo y principio se explican en “Downing, S., Society, D. (1982) Algoritmos simplificados de conteo de flujo de lluvia. Int J Fatiga, 4, 31 – 40”.
Después del tratamiento del flujo de lluvia, la curva irregular tensión-tiempo se transforma en una serie de ciclos simples (S a S i n i donde ni es el número de ciclos).
Este método permite aplicar la teoría de acumulación de daño (criterio de Miner) para calcular y analizar: Suma (n i /N i ), donde Ni es la vida correspondiente al ciclo de tensiones (considerando S a Si Ver arriba).
Esta técnica se utiliza comúnmente para medir el factor de seguridad después de un cierto número de ciclos o la vida correspondiente de un ciclo de tensión complejo específico.
Actualmente, el software comercial de análisis de fatiga se basa principalmente en el proceso mencionado anteriormente.
Sin embargo, cabe señalar que el análisis de fatiga es un análisis empírico y actualmente no existe una teoría madura y completa.
Existen varias perspectivas con respecto a la conversión de tensiones multiaxiales en tensiones uniaxiales.
La tensión de Von Mises, por ejemplo, es una cantidad dimensional de tensión basada en la idea de la energía específica del cambio de forma.
Utilizar los conceptos de positivo y negativo o de tensión y compresión es un método impreciso y no recomendable.
La selección del tipo de tensión a adoptar depende de la posible tendencia de las grietas en materiales o estructuras para determinar qué tipo de tensión es el principal factor que controla la falla por fatiga.
La práctica de la ingeniería ha demostrado que el acero con buena plasticidad a menudo se daña debido a cargas dinámicas repetidas de la tensión principal en casos de falla por fatiga.
Suplemento para tratar el efecto medio del estrés:
"Si hay curvas SN con diferentes valores de R, generalmente se utiliza el método de interpolación para determinar la curva SN con valores de R desconocidos".
Este es sólo un método, que resulta útil cuando hay que comprobar varios voltajes. Sin embargo, este método puede resultar complicado cuando se comprueba la vida útil de un solo voltaje.
Otro método consiste en determinar la semiamplitud del voltaje equivalente bajo la condición de R = -1 y luego aplicar la curva SN directamente.
Cuando hay un voltaje promedio, la curva SN no se puede utilizar directamente. En su lugar, utilice la CURVA DE GOODMAN o la CURVA DE GOODMAN modificada.
