Práctico 6
Daño y falla: fractura
Ejercicio 1
Una placa de acero 4340 con una tenacidad a la fractura en estado
plano de deformaciones de 46,5 𝑀𝑃𝑎√𝑚 es sometida a una tensión
nominal de 980 𝑀𝑃𝑎 (ver figura).
¿Experimentará esta placa fractura si la fisura de borde tiene una
longitud, 𝑎 de 1,0 mm? Justifique su respuesta. Asumir que el
parámetro 𝑌 es igual a 1,12.
Ejercicio 2
Para la misma placa del ejercicio anterior, pero asumiendo una longitud
de fisura diferente, determinar la longitud crítica de la misma si el valor
de la tensión nominal es de 1100 𝑀𝑃𝑎.
Ejercicio 3
Para la placa del ejercicio 1, graficar la curva de resistencia residual y marcar los puntos
obtenidos en los ejercicios 1 y 2 sobre la misma.
𝜎 = 𝑓(𝑎), 𝑡𝑎𝑙 𝑞𝑢𝑒 𝐾 = 𝐾
Ejercicio 4
Una placa del fuselaje de un avión es fabricada con una aleación de Al la cual tiene una tenacidad
a la fractura en estado plano de deformaciones de 40 𝑀𝑃𝑎√𝑚. Se ha determinado que el
componente se fractura con una tensión crítica de 300 𝑀𝑃𝑎 cuando la máxima longitud de una
fisura crítica interna es de 4,0 mm.
Para el mismo componente y aleación de Al, ¿ocurrirá la fractura a un nivel de tensión de 260
𝑀𝑃𝑎 cuando la máxima longitud de fisura interna es de 6,0 mm?
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Elaborado por: Mario Pereira // IEM_Fing_Udelar_ROU
Ejercicio 5
Los siguientes datos fueron obtenidos de una serie
de ensayos de impacto Charpy de un acero 4340
tratado térmicamente por templado y revenido.
a) Graficar la energía de impacto en función de la
temperatura.
b) Determinar la temperatura de transición
dúctil-frágil, asumiendo que la misma es la
que corresponde con el promedio de las
energías de impacto máxima y mínima.
c) Determinar la temperatura de transición
dúctil-frágil asumiendo que la misma es la que
corresponde a una energía de impacto de 50 J.
Ejercicio 6
Elija la opción que considere más correcta. Utilizando el siguiente gráfico, ¿cuáles materiales NO
poseen Límite de Fatiga?
a) Las aleaciones base hierro (4340, 1045 y fundición dúctil)
b) Las aleaciones base hierro (4340, 1045 y fundición dúctil) y la aleación de magnesio
(EQ21A-T6)
c) La aleación de aluminio (2014-T6)
d) Ninguna de las opciones anteriores son correctas
Fuente: Callister, "Material Science and Engineering-An Introduction"
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Elaborado por: Mario Pereira // IEM_Fing_Udelar_ROU
Ejercicio 7
Imagine que le solicitan definir la vida útil de una biela de bicicleta profesional, el fabricante nos
dice que utilizan un factor de seguridad de 1,5 cuando se aplican fuerzas equivalentes al
desempeño de un deportista profesional en velocidad crucero.
Sabemos que la biela es de aluminio 2014-T6 y que en el empotramiento al eje central tiene una
inercia de I=4000 mm4 y un c=8 mm. Utilice el modelo de flexión pura, para estimar la tensión.
La fuerza máxima resultante se extraerá de un estudio realizado a un deportista profesional el
cual en el ensayo estaba entregando n=90 RPM y P=350W, donde además la biela tenía una
largo L=170 mm.
Fuente: R. Budinas, "Shigley's Mechanical Engineering Design"
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Elaborado por: Mario Pereira // IEM_Fing_Udelar_ROU
Resultados numéricos
Ejercicio 1
KI = 61,5 MPa m1/2
Ejercicio 2
ac = 0,45 mm
Ejercicio 3
Sea 𝐾 = 𝑌𝜎 √𝜋𝑎 . Manteniendo la geometría constante (Y=cte), entonces la función de
resistencia residual corresponde a 𝜎 = 𝑓(𝑎 , 𝐾 ).
Ejercicio 4
KI = 42,5 MPa m1/2, existe fractura.
Ejercicio 5
b) TTr = - 98 °C
c) TTr = -107 °C
Ejercicio 6
c)
Ejercicio 7
100 millón de ciclos
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