Tratamiento del fenómeno de fatiga mediante la mecánica de medios continuos

Resumen

En el presente trabajo se desarrolla un nuevo modelo constitutivo, basado en la mecánica de medios continuos, que permite modelar el comportamiento a fatiga isotérmica bajo cargas periódicas. Este modelo permite tratar en forma conjunta fenómenos acoplados, tales como la combinación de fatiga con daño, plasticidad, fenómenos viscosos y temperatura.

Se presenta una formulación basada en la teoría de la plasticidad y daño y se establecen las modificaciones necesarias a realizar en estas teorías, para garantizar la inclusión del fenómeno de fatiga.

El estudio de la fatiga ha sido tema de continuos trabajos de investigación en los últimos setenta años. Esto ha echado luz sobre esta disciplina, generando una cantidad de publicaciones y teorías de distinta importancia. A pesar del gran volumen de trabajo que ha realizado la ingeniería sobre este tema, se encuentran aun grandes lagunas en cuanto a la simulación numérica del mismo y a la predicción de vida útil en las piezas. Sobre este último tema pocas teorías han acertado y por lo tanto no hay caminos claros para garantizar aciertos en este tema.

Basado en el estado actual del tema, se ha querido en este trabajo avanzar en la dirección de la predicción de vida útil y utilizar las herramientas de la mecánica de medios continuos para garantizar la concreción de las ideas.

Otra motivación del desarrollo de este trabajo se asienta en la peligrosidad que involucra la falta de conocimientos para la realización de la predicción de vida útil de las piezas. Las roturas por fatiga son especialmente peligrosas por que no suelen presentar indicios de fallo inminente, sino que este se produce de modo repentino y sin observar deformaciones plásticas de conjunto. Se trata pues de roturas frágiles que se caracterizan por presentar zonas bien diferenciadas, una de textura lisa con muestra de rotura dúctil y otra de textura gruesa rugosa más brillante que es donde se localiza la rotura final al rebasar la resistencia máxima disminuida por el fenómeno de fatiga.

Hay que recordar que normalmente la fatiga no sobreviene sola y que siempre está acompañada de otros efectos mecánicos que en un principio pueden parecer secundarios, pero al final se tornan determinantes en la vida de las piezas.

En la esperanza de abrir un camino para el tratamiento de este fenómeno desde la mecánica de medios continuos, es que se desarrolla el presente trabajo.