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.

Resultados del aprendizaje de la asignatura

Resolver problemas/retos relacionados con el Diseño de Máquinas, utilizando los métodos y teorías avanzadas de Diseño a Fractura y Fatiga.



Identificar y determinar los objetivos del problema a resolver mediante la discriminación de la información y haciendo frente a la incertidumbre.



Analizar los resultados obtenidos, valorando si son admisibles, identificando posibles fuentes de error.



Expresar claramente las ideas, gramaticalmente correctas, usando un lenguaje técnico y una estructura del documento adecuada y ordenada.



Organizar y expresar correctamente la secuencia de operaciones y cálculos desarrollados en el método de resolución llevado a cabo.



Cumplir con el compromiso adquirido a nivel grupal, tanto en cuanto a contenidos como en cuanto a fechas.



Participar y colaborar en las dinámicas de grupo propuestas, en la organización y en el consenso de distintos puntos de vista.



Plantear las dudas adecuadamente y ayudar a los compañeros de grupo, considerando las aportaciones de todos los participantes.

Convocatoria ordinaria: orientaciones y renuncia

La evaluación de la asignatura en la convocatoria ordinaria se realizará mediante el sistema de evaluación CONTINUA a través las siguientes actividades de evaluación:



1) Trabajo en grupo: Por grupos de 4 alumnos. El trabajo será propuesto por el profesor. Cada grupo entregará una serie de informes técnicos sobre el trabajo en los plazos que indique el profesor. Para aprobar la asignatura, es imprescindible aprobar el trabajo en grupo. El peso de la nota del trabajo en grupo sobre la calificación final de la asignatura es del 30%.



2) 1er PARCIAL+2º PARCIAL: a mitad de curso se realizará un primer examen parcial individual teórico-práctico no obligatorio sobre la primera mitad de la materia de la asignatura. El peso de la nota del primer parcial sobre la calificación final de la asignatura será del 35%. Los alumnos que aprueben el primer parcial, tendrán superada la primera parte de la asignatura y podrán presentarse al segundo parcial (que será el mismo día que el examen final ordinario) con la materia restante de la asignatura. Para aprobar la asignatura será necesario aprobar el segundo parcial, siendo el 35% el peso de la nota de este segundo parcial sobre la calificación final de la asignatura.



3) EXAMEN FINAL ORDINARIO: para los alumnos que no hayan aprobado el primer parcial o no se hayan presentado al mismo, al final del curso se realizará un examen final individual teórico-práctico sobre toda la materia. Para aprobar la asignatura será necesario aprobar el el examen final ordinario, siendo el 70% el peso de la nota de este examen final sobre la calificación final de la asignatura. El otro 30% seguirá correspondiendo al trabajo en grupo, el cual será obligatorio aprobar.



Por tanto, para aprobar la asignatura en convocatoria ordinaria es necesario aprobar de forma independiente tanto el primer parcial como el segundo parcial (o solo el final ordinario) y el trabajo en grupo.



Para aquellos alumnos que RENUNCIEN EXPRESAMENTE A LA EVALUACIÓN CONTINUA mediante un email al profesor antes de la 9ª semana del curso (según Normativa reguladora de la Evaluación del alumnado de titulaciones oficiales de Grado de la UPV/EHU), la evaluación de la asignatura en la convocatoria ordinaria se realizará mediante el sistema de evaluación FINAL a través de un examen FINAL escrito. Este examen contendrá un ejercicio adicional que contemple la evaluación de las competencias asociadas al trabajo en grupo.

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 la asignatura.

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/