{"id":21250,"date":"2022-07-23T16:07:37","date_gmt":"2022-07-23T08:07:37","guid":{"rendered":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/?p=21250"},"modified":"2022-07-27T11:24:16","modified_gmt":"2022-07-27T03:24:16","slug":"august-wohlers-experiment-statics-showing-you-how-the-4-elements-impact-on-fatigue-crack","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/es\/august-wohlers-experiment-statics-showing-you-how-the-4-elements-impact-on-fatigue-crack\/","title":{"rendered":"Experimento est\u00e1tico de August W\u00f6hler que muestra c\u00f3mo los 4 elementos impactan en la fisuraci\u00f3n por fatiga"},"content":{"rendered":"

Fatigue cracks are generally the result of periodic plastic deformation in local areas. Fatigue is defined as “failure under repeated load or other types of load conditions, and this load level is not sufficient to cause failure when applied only once.” This plastic deformation occurs not because of the theoretical stress on the ideal component, but because the component surface can not be actually detected.<\/a><\/a><\/a><\/a><\/a><\/a><\/p>

August W\u00f6hler es el pionero de la investigaci\u00f3n de la fatiga y propone un m\u00e9todo emp\u00edrico. Entre 1852 y 1870, W\u00f6hler estudi\u00f3 el deterioro progresivo de los ejes ferroviarios. \u00c9l construy\u00f3 el banco de pruebas que se muestra en la Figura 1. Este banco de pruebas permite girar y doblar dos ejes de ferrocarril al mismo tiempo. W\u00f6hler traz\u00f3 la relaci\u00f3n entre la tensi\u00f3n nominal y el n\u00famero de ciclos que conducen a la falla, lo que m\u00e1s tarde se conoce como diagrama SN. Cada curva sigue llam\u00e1ndose l\u00ednea de w \u00f6 hler. El m\u00e9todo Sn sigue siendo el m\u00e9todo m\u00e1s utilizado en la actualidad. Un ejemplo t\u00edpico de esta curva se muestra en la Figura 1.<\/p>

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Figura 1 Ensayo de fatiga por flexi\u00f3n rotacional de W\u00f6hler<\/figcaption><\/figure>

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Several effects can be observed through the w \u00f6 hler line. First, we note that the SN curve below the transition point (about 1000 cycles) is invalid because the nominal stress here is elastoplastic. We will show later that fatigue is caused by the release of plastic shear strain energy. Therefore, there is no linear relationship between stress and strain before fracture, and it cannot be used. Between the transition point and the fatigue limit (about 107 cycles), the Sn based analysis is valid. Above the fatigue limit, the slope of the curve decreases sharply, so this region is often referred to as the “infinite life” region. But this is not the case. For example, aluminum alloy will not have infinite life, and even steel will not have infinite life under variable amplitude load.<\/a><\/p>

Con la aparici\u00f3n de la tecnolog\u00eda de amplificaci\u00f3n moderna, las personas pueden estudiar las grietas por fatiga con m\u00e1s detalle. Ahora sabemos que la aparici\u00f3n y propagaci\u00f3n de grietas por fatiga se puede dividir en dos etapas. En la etapa inicial, la grieta se propaga en un \u00e1ngulo de unos 45 grados con respecto a la carga aplicada (a lo largo de la l\u00ednea de esfuerzo cortante m\u00e1ximo). Despu\u00e9s de cruzar dos o tres l\u00edmites de grano, su direcci\u00f3n cambia y se extiende a lo largo de la direcci\u00f3n de unos 90 grados con respecto a la carga aplicada. Estas dos etapas se denominan grieta de etapa I y grieta de etapa II, como se muestra en la Figura 2.<\/a><\/a><\/a><\/a><\/p>

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Figura 2 Diagrama esquem\u00e1tico del crecimiento de fisuras en etapa I y etapa II<\/figcaption><\/figure>

If we observe a stage I crack at high magnification, we can see that the alternating stress will lead to the formation of a continuous slip band along the maximum shear plane. These slip bands slide back and forth, much like a deck of cards, resulting in uneven surfaces. The concave surface finally forms a “budding” crack, as shown in Figure 3. In phase I, the crack will expand in this mode until it meets the grain boundary and will stop temporarily. When enough energy is applied to the adjacent crystals, then the process will continue.<\/p>

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Figura 3 Diagrama esquem\u00e1tico de banda deslizante continua<\/figcaption><\/figure>

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Despu\u00e9s de cruzar dos o tres l\u00edmites de grano, la direcci\u00f3n de propagaci\u00f3n de grietas ahora entra en el modo de fase II. En esta etapa, las propiedades f\u00edsicas de la propagaci\u00f3n de grietas han cambiado. La fisura en s\u00ed misma constituye un macroobst\u00e1culo para el flujo de tensiones, provocando una alta concentraci\u00f3n de tensiones pl\u00e1sticas en la punta de la fisura. Como se muestra en la Figura 4. Cabe se\u00f1alar que no todas las grietas de la etapa I se desarrollar\u00e1n a la etapa II.<\/a><\/p>

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Figura 4<\/figcaption><\/figure>

In order to understand the propagation mechanism of stage II, we need to consider the situation of crack tip cross-section during the stress cycle. As shown in Figure 5. The fatigue cycle begins when the nominal stress is at point “a”. As the stress intensity increases and passes through point “B”, we notice that the crack tip opens, resulting in local plastic shear deformation, and the crack extends to point “C” in the original metal. When the tensile stress decreases through the “d” point, we observe that the crack tip closes, but the permanent plastic deformation leaves a unique serration, the so-called “cut line”. When the whole cycle ends at the “e” point, we observe that the crack has now increased the “Da” length and formed additional section lines. It is now understood that the range of crack growth is proportional to the range of applied elastic-plastic crack tip strain. A larger cycle range can form a larger Da.<\/a><\/p>

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Fig. 5 Diagrama esquem\u00e1tico de la propagaci\u00f3n de grietas en la etapa II<\/figcaption><\/figure>

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Factores que afectan la tasa de crecimiento de grietas por fatiga<\/h2>

Se estudia y explica conceptualmente la influencia de los siguientes par\u00e1metros en la tasa de crecimiento de grietas por fatiga:<\/p>

1Esfuerzo cortante<\/h3>

From the diagram, we can see that a certain “amount” of shear stress is released during the periodic change of the strength of the nominal stress. And the larger the range of stress changes, the greater the energy released. Through the SN curve shown in Figure 1, we can see that the fatigue life decreases exponentially with the increase of the stress cycle range.<\/a><\/p>

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Fig. 6 tensi\u00f3n y deformaci\u00f3n elastopl\u00e1stica a lo largo de la superficie de deslizamiento y en la ra\u00edz de la fisura<\/figcaption><\/figure>

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2 tensi\u00f3n media<\/h3>

El estr\u00e9s promedio (esfuerzo residual) tambi\u00e9n es un factor que afecta la tasa de falla por fatiga. Conceptualmente, si la tensi\u00f3n de expansi\u00f3n se aplica a la fisura de fase II, la fisura se ver\u00e1 forzada a abrirse, por lo que cualquier ciclo de tensi\u00f3n tendr\u00e1 un efecto m\u00e1s significativo. Por el contrario, si se aplica el esfuerzo de compresi\u00f3n promedio, la fisura se ver\u00e1 forzada a cerrarse y cualquier ciclo de tensi\u00f3n debe superar el esfuerzo de precompresi\u00f3n antes de que la fisura pueda continuar expandi\u00e9ndose. Conceptos similares tambi\u00e9n se aplican a las grietas de etapa I.<\/p>

3 acabado superficial<\/h3>

Debido a que las grietas por fatiga generalmente aparecen primero en la superficie de los componentes donde hay defectos, la calidad de la superficie afectar\u00e1 seriamente la probabilidad de que ocurran grietas. Aunque la mayor\u00eda de las muestras de prueba de materiales tienen un acabado de espejo, tambi\u00e9n lograr\u00e1n la mejor vida \u00fatil a la fatiga. De hecho, la mayor\u00eda de los componentes no se pueden comparar con las muestras, por lo que debemos modificar las propiedades de fatiga. El acabado superficial tiene un mayor efecto sobre la fatiga de los componentes sometidos a ciclos de tensi\u00f3n de baja amplitud.<\/p>

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Figura 7 Diagrama esquem\u00e1tico de la influencia de la secuencia del ciclo La influencia del acabado superficial se puede expresar modelando, es decir, multiplicando la curva SN por el par\u00e1metro de correcci\u00f3n superficial en el l\u00edmite de fatiga.<\/figcaption><\/figure>

4 tratamiento de superficie<\/h3>

El tratamiento de superficie se puede utilizar para mejorar la resistencia a la fatiga de los componentes. El prop\u00f3sito del tratamiento superficial es formar esfuerzos de compresi\u00f3n residuales en la superficie. Bajo el per\u00edodo de baja amplitud, la tensi\u00f3n en la superficie es obviamente baja e incluso mantiene el estado de compresi\u00f3n. Por lo tanto, la vida de fatiga puede prolongarse significativamente. Sin embargo, como se\u00f1alamos, esta situaci\u00f3n solo es v\u00e1lida para componentes sujetos a ciclos de tensi\u00f3n de baja amplitud. Si se aplica un per\u00edodo de amplitud alta, la compresi\u00f3n previa ser\u00e1 superada por el per\u00edodo de amplitud alta y se perder\u00e1n sus ventajas. Al igual que con la calidad de la superficie, el impacto del tratamiento de la superficie se puede mostrar mediante modelos.<\/p><\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Fatigue cracks are generally the result of periodic plastic deformation in local areas. Fatigue is defined as “failure under repeated load or other types of load conditions, and this load level is not sufficient to cause failure when applied only once.” This plastic deformation occurs not because of the theoretical stress on the ideal component, but…<\/p>","protected":false},"author":2,"featured_media":21253,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_jetpack_memberships_contains_paid_content":false,"footnotes":""},"categories":[79],"tags":[],"class_list":["post-21250","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-materials-weekly"],"jetpack_featured_media_url":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/wp-content\/uploads\/2022\/07\/\u56fe\u72472.png","jetpack_sharing_enabled":true,"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/21250","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/2"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=21250"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/21250\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media\/21253"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=21250"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=21250"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=21250"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}