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Fatiga estática

La fatiga estática describe cómo el estrés cíclico prolongado y constante debilita un material hasta que se rompe, lo que se denomina falla. [1] La fatiga estática a veces se denomina "fractura retardada". [2] El daño se produce a un nivel de estrés más bajo que el nivel de estrés necesario para crear una fractura por tracción normal . [2] La fatiga estática puede implicar deformación plástica [3] o crecimiento de grietas. [4] [5] Por ejemplo, el estrés repetido puede crear pequeñas grietas que crecen y eventualmente rompen materiales plásticos, [6] vidrio, [7] o cerámicos [8] . El material alcanza la falla más rápido al aumentar el estrés cíclico . La fatiga estática varía con el tipo de material y los factores ambientales, como la presencia de humedad [9] y la temperatura. [10] [11]

Aplicaciones

Las pruebas de fatiga estática permiten estimar la vida útil de un material [12] y su dureza en diferentes entornos. [13]   Sin embargo, medir un límite de fatiga estática puede llevar mucho tiempo y es difícil medir el límite de fatiga estática real de un material con total certeza. [12]

Ocurrencia típica

Progresión del crecimiento de grietas en una varilla de vidrio bajo tensión cíclica (indicada por flechas). (1) muestra la primera grieta. Las grietas crecen en (2) y (3) hasta que la varilla se rompe en (4).

Agrietamiento por corrosión bajo tensión

El agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC) ocurre cuando un material estresado se encuentra en un ambiente corrosivo (químicamente destructivo). [14] Un ejemplo de fragilización por SSC es cuando la humedad aumenta los efectos de fatiga estática en el vidrio. [15] El SCC también se observa en la fragilización por hidrógeno , [16] [17] la fragilización de algunos polímeros , [18] y más.

Deformación plástica (flujo plástico)

La deformación plástica ocurre cuando las tensiones aplanan, doblan o tuercen un material hasta que no puede volver a su forma original. [19] Esto puede crear grietas en el material y disminuir su vida útil, lo que en última instancia conduce a la deformación del plástico. [3]

Ejemplos de fatiga estática y tensiones en materiales

Las tuberías de plástico bajo el agua u otros fluidos experimentan fuerzas hidrodinámicas que pueden provocar fatiga. [20] Las tuberías alcanzan la falla antes a medida que aumentan las temperaturas y la exposición a sustancias agresivas. [20] Para las pruebas de fatiga estática, las máquinas rotatorias aplican peso sobre el material en estudio haciendo que se doble en diferentes direcciones, lo que debilita el material con el tiempo. [21]

Referencias

  1. ^ En Materials, Woodhead Publishing (2010). Guedes, Rui Miranda (ed.). Fluencia y fatiga en materiales compuestos de matriz polimérica (1.ª ed.). Woodhead Publishing. ISBN 9780081014585.
  2. ^ ab Pelleg, Josh (2021). Deformación cíclica en óxidos, carburos y nitruros. Vol. 22. Springer. págs. 495–511. doi :10.1007/978-3-030-86118-6_15. ISBN 978-3-030-86118-6. Número de identificación del sujeto  244421914.
  3. ^ ab Wang, GS; Blom, AF "Efecto del flujo plástico local de gran tamaño en la vida útil por fatiga de los materiales metálicos". División de Aeronáutica – a través de la Agencia Sueca de Investigación de Defensa.
  4. ^ Courtney, Thomas H. (16 de diciembre de 2005). Comportamiento mecánico de los materiales: segunda edición. Waveland Press. ISBN 9781478608387.
  5. ^ Furmanski, J.; Rimnac, CM (2011). "La resistencia a la propagación de grietas es similar bajo carga estática y cíclica en UHMWPE reticulado: un estudio piloto". Ortopedia clínica e investigación relacionada . 469 (8): 2302–2307. doi :10.1007/s11999-010-1712-y. PMC 3126950 . PMID  21128033. 
  6. ^ Crawford, Roy J. (1998). Ingeniería de plásticos (Capítulo 1: Propiedades generales de los plásticos) (1.ª ed.). Matthew Deans. pp. 1–40. ISBN 9780081007099.
  7. ^ Grutzik, SJ; Strong, KT; Rimsza, JM (diciembre de 2022). "Modelo cinético para la predicción del crecimiento de grietas subcríticas, la relajación de la punta de la grieta y el umbral de fatiga estática en vidrio de silicato". Journal of Non-Crystalline Solids: X . 16 (100134): 100134. Bibcode :2022JNCSX..1600134G. doi : 10.1016/j.nocx.2022.100134 . S2CID  254308009.
  8. ^ Ruys, Andrew (2019). Procesamiento, estructura y propiedades de la cerámica de alúmina. Woodhead Publishing. págs. 71–121. doi :10.1016/C2017-0-01189-8. ISBN 978-0-08-102442-3.
  9. ^ Laughton, MJ; Warne, DJ; Tricker, R. (2003). Fibras ópticas en sistemas de energía (16.ª ed.). Newnes. págs. 37-1, 37-3-37-17. doi :10.1016/B978-075064637-6/50037-X. ISBN 978-0-7506-4637-6.
  10. ^ Kingery, WD (1976). Introducción a la cerámica . Nueva York: Wiley. ISBN 978-0471478607.
  11. ^ Ebel, A.; Caty, O.; Rebillat, F. (2022). "Efecto de la temperatura en el comportamiento de fatiga estática de CMC autorreparables en aire húmedo". Composites Part A: Applied Science and Manufacturing . 157 : 106899. doi : 10.1016/j.compositesa.2022.106899 . S2CID  247148726.
  12. ^ ab Wilkins, BJ; Dutton, R. (marzo de 1976). "Límite de fatiga estática con especial referencia al vidrio". Revista de la Sociedad Cerámica Americana . 59 (3–4): 108–112. doi :10.1111/j.1151-2916.1976.tb09442.x.
  13. ^ Kelly, A.; Zweben, C.; Sims, GD; Broughton, WR (2000). Materiales compuestos completos (2.05 - Plásticos reforzados con fibra de vidrio: propiedades). Vol. 2. Pergamon. págs. 151–197. doi :10.1016/B0-08-042993-9/00181-9. ISBN 978-0-08-042993-9.
  14. ^ Raja, VS; Tetsuo, Shoji (2011). Agrietamiento por corrosión bajo tensión. Woodhead Publishing. págs. 245–272. doi :10.1533/9780857093769.3.245. ISBN 978-1-84569-673-3.
  15. ^ Wiederhorn, SM; Bolz, LH (1970-10-01). "Corrosión bajo tensión y fatiga estática del vidrio". Revista de la Sociedad Cerámica Americana . 53 (10): 543–548. doi :10.1111/j.1151-2916.1970.tb15962.x. ISSN  1551-2916.
  16. ^ Lou than, MR "Fragilización por hidrógeno - Oficina de Información Científica y Técnica" (PDF) .
  17. ^ Murakami, Y.; Kanezaki, T.; Matsuoka, S. (2008). "Mecanismo de fragilización por hidrógeno en la fatiga de aceros inoxidables austeníticos". Metallurgical and Materials Transactions A . 39 (6): 1327–1339. Bibcode :2008MMTA...39.1327M. doi : 10.1007/s11661-008-9506-5 . S2CID  137234625.
  18. ^ Brown, Norman; Parrish, Mark F. (1974). Bishay, Adli (ed.). Avances recientes en ciencia y tecnología de materiales . Springer US. págs. 1–13. doi :10.1007/978-1-4613-4538-1_1. ISBN . 9781461345404.
  19. ^ Pfeifer, Michael (2009). "Capítulo 6 - Degradación y confiabilidad de los materiales". Diseños habilitados por materiales . Butterworth Heinemann. págs. 161–187. doi :10.1016/B978-0-7506-8287-9.00006-9. ISBN 978-0-7506-8287-9– vía Science Direct.
  20. ^ ab Farshad, Mehdi (1 de enero de 2006), Farshad, Mehdi (ed.), "7 - Fatiga, corrosión y desgaste", Plastic Pipe Systems , Oxford: Elsevier Science, págs. 153-165, ISBN 978-1-85617-496-1, consultado el 15 de abril de 2023
  21. ^ Goodman, Soderberg (2022), "Fatiga", MET 301: Diseño para carga cíclica (PDF) , Instituto Tecnológico de Nueva Jersey, pág. 1