Descripción y contextualización de la asignatura

El análisis resistente de componentes sometidos a estados de tensiones variables con el tiempo (fatiga) es uno de los aspectos de mayor trascendencia en el diseño de máquinas y sistemas estructurales en general. La fatiga se encuentra presente en la mayoría de las aplicaciones industriales de gran valor añadido: automoción, ferrocarriles, aeronáutica, aeroespacial, naval, estructuras, máquinas herramienta, electrodomésticos, maquinaria de obras públicas, etc. En esta asignatura se presentan los principales procedimientos de análisis de fractura y fatiga de una forma secuencial, de tal modo que el estudiante sea capaz de elegir y aplicar el método idóneo para cada caso de análisis, así como tomar decisiones que sirvan para realizar diseños con mejor comportamiento a fatiga.

Convocatoria ordinaria: orientaciones y renuncia

La evaluación consistirá en los siguientes puntos:



- Dos exámenes parciales: se realizarán en horas de clase, el primero a mitad de curso y el segundo a final de curso. Cada uno de ellos consistirá en 2-3 preguntas sobre aspectos teóricos, teórico-prácticos y/o resolución de casos prácticos. Para aprobar la asignatura, es imprescindible aprobar cada uno de los dos parciales.



- Trabajo en grupo: Por grupos de 4 alumnos. El trabajo será propuesto por el profesor. Cada grupo entregará un informe técnico y/o realizará una presentación oral sobre el trabajo a final de curso. Para aprobar la asignatura, es imprescindible aprobar el trabajo en grupo.



La calificación final de la asignatura se ponderará de la siguiente forma: Parcial 1 (35%) + Parcial 2 (35%) + Trabajo en grupo (30%)



En caso de renunciar a la evaluación continua explicada arriba, el alumno tendrá que hacer un examen final con la materia de los parciales 1 y 2, y además deberá entregar un informe técnico y/o realizará una presentación oral sobre el trabajo en grupo (en este caso de forma individual).

Convocatoria extraordinaria: orientaciones y renuncia

En caso de suspender la asignatura en convocatoria ordinaria, en la convocatoria extraordinaria el alumno tendrá que hacer un examen final con la materia de los parciales 1 y 2, y además deberá entregar un informe técnico y/o realizará una presentación oral sobre el trabajo en grupo (en este caso de forma individual).

Temario

1. Presentación

2. Teorías del fallo estático y mecánica lineal de la fractura

2.1. Finalidad de las teorías de fallo estático

2.2. Teorías de fallo para materiales frágiles

2.3. Teorías de fallo para materiales dúctiles

2.4. Finalidad de la mecánica de la fractura

2.5. Aplicación de la mecánica de la fractura

2.6. Análisis del campo de tensiones en el borde de grieta

2.7. Método de la tensión crítica

2.8. Criterio de Grifftih

2.9. Algunas puntualizaciones sobre las tensiones en grietas

2.10. Combinación lineal de factores geométricos

3. Introducción al análisis y diseño a fatiga

3.1. Sobre comportamiento estructural y resistente

3.2. Necesidad e interés de los estudios de fatiga

3.3. Breve revisión histórica y estado actual

3.4. Aspectos cualitativos de la fatiga

3.5. Ensayos de fatiga

3.6. Sobre la dispersión estadística en fatiga

4. Análisis de fatiga con tensiones uniaxiales alternas; la curva S-N

4.1. Teorías para el análisis de fatiga

4.2. La curva S-N: resistencia a la fatiga y límite de fatiga

4.3. Procedimientos para obtener la resistencia y el límite de fatiga en probetas

4.4. Diagramas logarítmicos para resistencia a la fatiga; ecuación de Basquin

4.5. Curva S-N generalizada para aceros

4.6. Resistencia a la fatiga de componente: fórmula de Marin

4.7. Coeficientes modificativos

5. Análisis de fatiga con tensiones medias

5.1. Influencia de las tensiones medias; diagrama de Haigh

5.2. Criterios para tensiones medias de tracción

5.3. Efecto de las tensiones medias de compresión

5.4. Diagrama de Smith o de Goodman y diagramas patrón

5.5. Efecto de las tensiones medias sobre resistencia y duración

5.6. Correlación de ensayos con diferentes relaciones de carga

5.7. Transformación de coeficientes modificativos

5.8. Tensiones estáticas equivalentes; coeficiente de seguridad

5.9. Equivalencia en duración; margen de seguridad

5.10. Tensiones residuales o internas

5.11. Tensión media eficaz, coeficiente reductor

6. Concentración de tensiones en fatiga

6.1. Concentración de tensiones y sensibilidad a la entalla

6.2. Efecto de la concentración de tensiones con tensión alterna

6.3. Procedimientos aproximados para obtener el coeficiente de concentración de tensiones

6.4. Estimación de la sensibilidad a la entalla; métodos de Peterson y Neuber

6.5. Teoría de las distancias críticas

6.6. Tratamiento de la concentración de tensiones con componentes medias

7. Daño acumulativo

7.1. Método de Palmgren-Miner

7.2. Corrección de Manson

7.3. Métodos para cómputo de ciclos

7.4. Tensiones y esfuerzos equivalentes en daño

7.5. Representación de estados de tensión mediante diagramas de excedencia

7.6. Daño acumulativo con tensiones aleatorias

7.7. Daño acumulativo con ciclos principales y secundarios

7.8. Reglas no lineales de daño acumulativo

7.9. Efectos de la plastificación local por cargas extremas

8. Efectos de la temperatura, plastificación y ciclos bajos

8.1. Fatiga a altas temperaturas; fatiga térmica y termomecánica

8.2. Diseño para fatiga de ciclos altos y creep combinados

8.3. Comportamiento elastoplástico con cargas cíclicas

8.4. Endurecimientos isotrópico, cinemático y “ratcheting”

8.5. Concentración de tensiones con plastificación; criterios de Neuber y de Glinka

8.6. La curva deformación-duración; método de Coffin-Manson

8.7. Efecto de las tensiones medias; métodos de Morrow y SWT

9. Estudio de grietas y mecánica lineal de la fractura en fatiga

9.1. Interés de la predicción del crecimiento de grietas

9.2. Propagación de grieta; ecuación de Paris

9.3. Efectos de retardo producidos por sobrecargas

9.4. Crecimiento de grieta con ciclos de amplitud constante

9.5. Crecimiento de grieta con ciclos de amplitud variable

9.6. Modelos de retardo de Wheeler y de Willenborg

10. Métodos básicos de análisis de fatiga con tensiones multiaxiales

10.1. Consideraciones generales sobre fatiga multiaxial

10.2. Métodos empíricos específicos para fatiga multiaxial

10.3. Estados multiaxiales simples con tensiones alternas

10.4. Estados multiaxiales simples con tensiones medias

10.5. Métodos clásicos para estados multiaxiales complejos

10.6. Métodos clásicos para materiales frágiles

11. Métodos avanzados de análisis de fatiga con tensiones multiaxiales

11.1. Sobre el efecto de las tensiones cortantes medias

11.2. Funciones de daño

11.3. Métodos de enfoque global; Sines y Crossland

11.4. Bases de los métodos de plano crítico

11.5. Separación de las componentes media y alterna de la tensión cortante

11.6. Selección del plano crítico

11.7. Métodos de plano crítico basados en tensiones

11.8. Métodos de plano crítico basados en deformaciones

11.9 Daño acumulativo con tensiones multiaxiales

Bibliografía

Materiales de uso obligatorio

Apuntes de clase

Bibliografía básica

Avilés, R.; Métodos de cálculo de fatiga para ingeniería. Metales. Paraninfo, 2005.

Bibliografía de profundización

- Juvinall, R.C., et al.; Fundamentals of machine component design (3rd Edition). Wiley, 2000.



- Norton, R.L.; Machine design, an integrated approach. Pearson International, 2006.



- Shigley, J.E., et al.; Mechanical engineering design (7th Edition). McGraw Hill, 2004.



- Stephens, R.I., et al. ; Metal fatigue in engineering (2nd edition). Wiley Interscience, 2001.



- Schijve, J.; Fatigue of structures and materials. Springer, 2009.



- Milella, P.P.; Fatigue and corrosion in metals. Springer, 2013.



- Arana, J.L., et al.; Mecánica de fractura. Publicaciones UPV/EHU, 2002.



- Susmel, L.; Multiaxial notch fatigue. Woodhead Publishing, 2009.



- Milella, P.P.; Fatigue and corrosion in metals. Springer, 2013.

Revistas

- Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures



- Materials Science and Technology



- Materials Science and Engineering A



- International Journal of Fatigue

Enlaces

- https://www.efatigue.com/



- http://www.fea-optimization.com/ETBX/strainlife_help.html



- http://www.ndt-ed.org/EducationResources/CommunityCollege/Materials/Mechanical/S-NFatigue.htm



- http://www.journals.elsevier.com/engineering-fracture-mechanics/



- http://www.elsevier.com/journals/journal-of-materials-processing-technology/



- http://www.journals.elsevier.com/international-journal-of-fatigue/



- https://sites.google.com/site/admbilbao/home



- http://www.astm.org/