Límite de resistencia

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Límite de resistencia (también límite de fatiga ) - en las ciencias de la fuerza: una de las características de resistencia de un material que caracteriza su resistencia , es decir, la capacidad de percibir cargas que causan tensiones cíclicas en el material.

El límite de fatiga se define como el esfuerzo de ciclo máximo más alto (último) en el que no hay falla por fatiga de la muestra después de un número arbitrariamente grande de cargas cíclicas.

El límite de resistencia se denota como , donde el coeficiente R se toma igual al coeficiente de asimetría del ciclo igual a la relación entre el esfuerzo mínimo del ciclo y el máximo [1] . Así, el límite de fatiga del material en el caso de ciclos de carga simétricos se denota como , y en el caso de pulsante como . $\sigma _{R}$ $r={\frac {\sigma_{min}}{\sigma_{max}}}$ ${\ estilo de visualización \ sigma _ {min}}$ ${\ estilo de visualización \ sigma _ {max}}$ ${\ estilo de visualización \ sigma _ {\ texto {-1}}}$ $\sigma _{0}$

Para aleaciones ferruginosas y de titanio , es posible establecer el valor límite de las tensiones de ciclo máximas en las que el material no fallará bajo un número arbitrariamente grande de cargas. Sin embargo, otros metales, como el cobre o el aluminio , son susceptibles de fallar por fatiga cuando se someten a cargas arbitrariamente pequeñas. En tales casos, se acostumbra hablar de un límite de resistencia limitado , donde el coeficiente N corresponde a un número dado de ciclos de carga, y se suele tomar como o ciclos. ${\ Displaystyle \ sigma _ {\ text {RN}}}$ $10^{7}$ $10^{8}$

Determinación del límite de resistencia

El límite de resistencia del material se determina mediante el ensayo de una serie de muestras idénticas (al menos 10 piezas): para flexión , torsión , tensión-compresión o en condiciones de carga combinada (los dos últimos modos se utilizan para simular el funcionamiento del material) . bajo ciclos de carga asimétricos o bajo condiciones de carga complejas).

El ensayo comienza a realizarse a tensiones elevadas (0,7 - 0,5 de la resistencia a la tracción ), en las que la muestra puede soportar el menor número de ciclos. Al reducir gradualmente los esfuerzos, se puede encontrar que las muestras de acero no muestran tendencia a la fractura, independientemente de la duración del ensayo. La experiencia de sus pruebas muestra que si la muestra no se ha colapsado antes de los ciclos, no colapsará incluso con una prueba más larga. Por lo tanto, este número de ciclos generalmente se toma como base de prueba y se establece el valor máximo de la tensión máxima del ciclo en el que la muestra no falla en la base de prueba. Este valor se toma como el límite de resistencia. $10^{7}$

Los resultados de la prueba se pueden representar como una curva de fatiga (también curva de Weller , diagrama SN ), que se traza para ciclos de carga simétricos. En el eje de abscisas en escala logarítmica , se representa el número de ciclos, en el eje de ordenadas de la tensión:

La curva de fatiga (resistencia) muestra que con un aumento en el número de ciclos, la tensión mínima a la que se destruye el material disminuye.

Relación del límite de fatiga con otras características de resistencia del material

Las pruebas de fatiga consumen mucho tiempo, asociadas con la adquisición y el procesamiento de una cantidad significativa de datos obtenidos experimentalmente y que se caracterizan por una gran dispersión de valores. Por lo tanto, se hicieron intentos para conectar el límite de fatiga con las características de resistencia conocidas del material mediante fórmulas empíricas. Lo más adecuado para este propósito es una característica del material como la resistencia a la tracción .

Se ha establecido que, por regla general, para los aceros, el límite de resistencia a la flexión es la mitad de la resistencia a la tracción:

$\sigma_{\text{-1}}\approx (0.4...0.5)\sigma_{\text{BP}}$

Para aceros de alta resistencia , puede tomar:

$\sigma_{\text{-1}}\aproximadamente 400+1/6\sigma_{\text{BP}}$

Para metales no ferrosos, puede aceptar:

$\sigma_{\text{-1}}\approx (0.25...0.5)\sigma_{\text{BP}}$

Para fibra de carbono , puede tomar:

$\sigma_{\text{-1}}\aproximadamente 0,8\sigma_{\text{BP}}$

De manera similar, las pruebas de torsión se pueden llevar a cabo en condiciones de esfuerzos que cambian cíclicamente. Para aceros ordinarios en este caso, puede tomar:

$\tau_{\text{-1}}\aproximadamente 0,6\sigma_{\text{-1}}$

Para materiales quebradizos (acero de alta aleación, hierro fundido ) en este caso, puede tomar:

$\tau_{\text{-1}}\aproximadamente 0,8\sigma_{\text{-1}}$

Estas relaciones deben usarse con precaución, ya que se obtienen bajo ciertas condiciones de carga (flexión y torsión). En los ensayos de tracción-compresión, el límite de fatiga resulta ser aproximadamente un 10-20% inferior al de flexión, y en torsión de probetas huecas resulta diferente del obtenido por torsión de probetas sólidas.

En el caso de ciclos asimétricos, las muestras no se ensayan a flexión, sino a tensión-compresión o torsión mediante hidropulsadores . Para ciclos asimétricos, se construye el llamado diagrama de amplitud límite. Para hacer esto, encuentre los límites de resistencia para el valor seleccionado de voltaje directo en la amplitud apropiada . El punto A en este caso será obviamente el límite de resistencia para un ciclo simétrico, y el punto B, que no tiene un componente de amplitud y es esencialmente un voltaje permanente, será en realidad la resistencia última : ${\ estilo de visualización \ sigma _ {m}}$ $\sigma _{a}$ $\sigma_{\text{BP}}$

ver foto

La aplicación práctica del diagrama de amplitudes límite es que después de la construcción del diagrama, se realizan pruebas solo para valores específicos de y . Si el punto de operación está ubicado debajo de la curva, entonces la muestra puede soportar un número ilimitado de ciclos, si está arriba de la curva, es limitado. ${\ estilo de visualización \ sigma _ {m}}$ $\sigma _{a}$

Influencia de la asimetría del ciclo

Los límites de resistencia para un ciclo asimétrico son más altos que para uno simétrico. Al usar la línea de transición, considere que , donde . Al usar una parábola: [2] . $\sigma_{r}=\sigma_{-1}(1-{\frac {\sigma_{m}}{\sigma_{pr}}})+\sigma_{m}$ $\sigma_{m}={\frac {1}{2}}(\sigma_{max}+\sigma_{min})$ $\sigma_{r}=\sigma_{-1}(1-({\frac {\sigma_{m}}{\sigma_{pr}}})^{2})+\sigma _{metro}$

Véase también

Notas

↑ Zinoviev V. A. Breve referencia técnica. Volumen 1. - M..-L. Tekhteorizdat, 1949. - c. 344
↑ Zinoviev V. A. Breve referencia técnica. Volumen 1. - M..-L. Tekhteorizdat, 1949. - c. 345

Literatura

Feodosiev V.I. Resistencia de materiales. - M .: Editorial de MSTU im. N. E. Bauman, 1999. S. 479-483. ISBN 5-7038-1340-9