¿Existe algún vínculo entre la resistencia a la tracción y el límite de resistencia del acero?
On febrero 1, 2021 by adminEstoy diseñando un eje y tengo que elegir un material.
Me ocupo de la tensión cíclica en mi máquina, así que Configuré una expresión para todas las tensiones posibles y la combiné con los criterios de von Mises para la deformación plástica, me da la llamada tensión de comparación .
Esta tensión de comparación debe ser menor que el límite de resistencia del material. No tengo el límite de resistencia, sino la resistencia a la tracción. ¿Existe alguna conexión entre el límite de resistencia y la resistencia a la tracción?
Respuesta
Sí, hasta cierto punto.
El límite de resistencia se expresa normalmente como una fracción del límite elástico y para el acero un valor típico es 1/2 (50%). Esta es sin duda una suposición razonable para los aceros comunes de baja aleación y medio carbono, es decir, el tipo de aceros que razonablemente podría seleccionar para un eje.
De hecho, para muchos propósitos prácticos, el factor de seguridad que utiliza para tener en cuenta la carga dinámica será similar o mayor que este de todos modos, por lo que a menudo no es un factor limitante en el acero.
Del mismo modo, para diseños de alto rendimiento y altamente optimizados, es posible que no considere la tensión de resistencia como una limitación absoluta y solo diseñe la pieza con una vida útil a la fatiga.
Y para las piezas realmente críticas, debe considerar los detalles muy detallados diseño en términos de acabado superficial, tratamientos superficiales y procesos de fabricación, así como elementos como radios mínimos al calcular la vida a fatiga, para los cuales existen tablas de coeficientes.
En general, en el diseño de ingeniería, la optimización es un proceso de obtención cada vez más Confianza en las cargas reales del mundo real que verá una pieza, un proceso que está muy sujeto a rendimientos decrecientes y, para el diseño de propósito general, a menudo se trata de seleccionar un factor de seguridad sensato y pragmático en el que puede confiar.
Respuesta al comentario de OP
Es principalmente empírico. La dificultad de la fatiga es que depende en gran medida de los factores de estrés locales. Como material a granel, el acero no es muy susceptible a la fatiga, pero puede obtener fácilmente concentraciones de tensión local, por ejemplo, alrededor de un defecto superficial en el lugar incorrecto que excede el límite elástico del material y el consiguiente endurecimiento por trabajo durante múltiples ciclos.
Este no es exactamente el mismo mecanismo que la fatiga en, por ejemplo, el aluminio, que tiene un límite de resistencia muy bajo, incluso en condiciones ideales.
Como ocurre con muchos cosas en la ingeniería práctica se reduce a un coeficiente empírico que se sabe que funciona para un contexto dado.
Comentarios
- Gracias por la explicación. ¿Sabes la razón tal vez? ¿O estos resultados son solo experimentales?
Respuesta
según wikipedia:
Los valores típicos del límite para aceros son la mitad de la resistencia a la tracción última, hasta un máximo de 290 MPa
https://en.wikipedia.org/wiki/Fatigue_limit
Si desea confiar en esta regla general depende de su aplicación.
Respuesta
Sospecho que no, según una tabla proporcionada aquí . Parece que la relación depende en gran medida del material y no se puede calcular analíticamente.
Respuesta
Los aceros son relativamente únicos entre los metales con un límite de resistencia muy confiable igual a 1/2 de la resistencia a la tracción. Los hierros fundidos definitivamente no tienen esta característica. Las aleaciones de níquel y cobalto pueden tenerlo, pero hay datos limitados. Los cupones de prueba de fatiga son suaves sin concentración de estrés; por no decir que nunca contienen una inclusión. Por tanto, las pruebas de fatiga dan el mejor valor posible; Los componentes del mundo real normalmente tienen varios concentradores de estrés. Es deber del constructor determinar la severidad de estos concentradores de estrés. Por «límite de resistencia» me refiero al número de ciclos de estrés que se acercan al infinito.
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