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Curva S-N / Curva de Wöhler

La curva S-N se determina en el ensayo de fatiga (también denominado ensayo de Wöhler) a una amplitud de carga constante según la norma DIN 50100 y se divide en las áreas fatiga de bajos ciclos K, fatiga de altos ciclos Z y fatiga de muy altos ciclos D.

Las áreas se limitan por el número de ciclos N.

  • Fatiga de bajos ciclos (LCF): 100-30.000 ciclos
  • Fatiga de altos ciclos (HCF): aprox. 2.000.000 ciclos
  • Fatiga de muy altos ciclos hasta infinito

La curva S-N o de Wöhler nos muestra, para una determinada amplitud de carga, el máximo número de cargas alternas. Depende de las propiedades de los materiales, de la fuerza y del tipo de solicitación (carga de compresión pulsante, carga de tracción pulsante o carga alternante).

La curva S-N de una probeta plana (coeficiente de tensión R = -1)

En este ejemplo, se representa la amplitud de tensión nominal Sa de forma logarítmica, así como el número de ciclos N. En representación de doble logaritmo, el área de fatiga finita se representa con una recta. La curva resultante se denomina curva de Wöhler o recta de Wöhler.

    Descripción de la curva S-N:

    • Rm resistencia estática (aquí resistencia a la tracción)
    • Sa amplitud de tensión nominal
    • SaD fatiga de ciclos altos
    • N número de ciclos tolerables
    • ND número de ciclos de referencia
    • NG número de ciclos límite
    • K fatiga de ciclo bajo
    • Z fatiga de ciclo alto
    • D fatiga de muy altos ciclos

    Fatiga de ciclo bajo

    La fatiga de ciclo bajoK se sitúa por debajo de los 104 a 105 ciclos, aproximadamente.

    La fatiga de bajo ciclo se determina en el ensayo Low Cycle Fatigue (LCF). En este rango, los materiales y componentes están sometidos a una carga tan elevada que durante el ciclo se producen deformaciones plásticas y se produce una rotura prematura del material. Para una representación más detallada se suele utilizar el modelo Coffin Manson.

    Cuando una carga provoca la rotura en una cuarta parte de los ciclos, hablamos de resistencia estática, que también se determina en el ensayo de tracción.

    Fatiga de ciclo alto

    La fatiga de ciclo alto Z se sitúa entre los 104 y 2·106 ciclos (según el material). En el área de fatiga finita la probeta alcanza siempre un criterio de fallo (p. ej. grieta o rotura).

    El área de fatiga finita se determina en el High Cycle Fatigue (HCF). Después del ensayo, se obtiene como resultado el número de ciclos a una amplitud de carga.

    Línea de fatiga de vida finita

    En representación de doble logaritmo, la curva N-S es prácticamente recta. Dicha línea (de pendiente -k) se denomina línea de fatiga finita.

    Fatiga de ciclo muy alto

    La fatiga de ciclo muy alto D, Very High Cycle Fatigue, (VHCF) indica el límite de carga, que puede soportar un material en carga cíclica sin mostrar signos de fatiga o de fallo significativos.

    En el área de ciclos muy altos, se determina un número de ciclos límiteNG. Si se produce la rotura de la probeta antes de alcanzar dicho número de ciclos límite, se considerará "fallo". Los materiales que, durante el ensayo de fatiga, soportan más de 1.000.000 de ciclos a una fuerza definida, se considerarán resistentes a la fatiga. 

    La interpretación de la fatiga de altos ciclos muestra tensiones admisibles mucho más bajas que el concepto estático.

     

    La trayectoria de la curva S-N en el área de fatiga de ciclos altos se divide en 3 partes:

    • Trayectoria horizontal de la curva S-N: La resistencia pronunciada a la fatiga de ciclo alto o fatiga de largo plazo aparece a menudo en aceros ferrosos.
    • Una posterior caída de la curva con una pendiente más reducida: aparece a menudo en acero austenítico o aluminio.
    • Después de una trayectoria horizontal, se produce una caída de la curva a aprox. 108 ciclos: defectos internos provocan fisuras por debajo de la superficie

    Normas destacadas para determinar la curva S-N (Wöhler)

    • DIN 50100 - "Ensayo de resistencia a la fatiga - Realización y evaluación de ensayos cíclicos a una amplitud de carga constante para probetas de metal y componentes"
    • ASTM E466-15 - "Standard Practice for Conducting Force Controlled Constant Amplitude Axial Fatigue Tests of Metallic Materials"
    • ISO 1099 - "Materiales metálicos - Ensayo de fatiga - Método de fuerza axial controlada"
    • DIN EN 6072 - "Material aeroespacial. Materiales metálicos. Métodos de ensayo. Ensayo de fatiga a amplitud constante"

    Máquinas de ensayos de materiales para determinar la curva S-N

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