Calculadora Vida a Fatiga (Basquin, Wöhler, Goodman)

Calcola la vita a fatica di un componente metallico (curva di Wöhler S-N, Basquin). Correzione Goodman per tensione media σ_m. Limite di fatica di acciaio e alluminio, coefficiente di sicurezza e regime LCF/HCF. Gratis, in 5 lingue.

Parámetros de cálculo
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Qué es la fatiga de materiales

La fatiga es la falla bajo tensiones cíclicas muy inferiores a σ_UTS. Responsable del 50-90% de las fallas en servicio. Primer estudio de August Wöhler (1858) en ejes ferroviarios. Regulada por Eurocódigo 3 parte 1-9, ASME BPVC Sección VIII Div 2, DNV-GL RP-C203.

La curva S-N y la ley de Basquin

σ_a = C · N^b (Basquin 1910) para 10³ < N < 10⁶. Aceros tienen rodilla a 10⁶ ciclos → σ_lim (límite de fatiga). Aluminio no tiene límite verdadero. Simplificación: σ_a = 0,9·σ_UTS · (N/10³)^(-m), m ≈ 0,085 acero, 0,072 aluminio.

Límite de fatiga: acero vs aluminio

  • Aceros ferríticos: σ_lim ≈ 0,5·σ_UTS a 10⁶ ciclos.
  • Aluminio, cobre, titanio, inox austenítico: NO tienen límite verdadero. Referencia a 5·10⁸ (Al) con f_end ≈ 0,35.
  • Compuestos: mejores que metales, σ_lim ≈ 0,7·σ_UTS.

Diagrama de Haigh y corrección Goodman

Goodman: σ_a/σ_lim + σ_m/σ_UTS = 1. Corrección: σ_a_eq = σ_a / (1 − σ_m/σ_UTS). Otros: Soderberg (usa σ_y), Gerber (parábola), ASME elíptica.

HCF vs LCF

  • HCF (N > 10⁴): campo elástico, Basquin. Ejemplos: ejes rotativos, muelles, juntas soldadas.
  • LCF (N < 10⁴): plasticidad cíclica, Coffin-Manson ε_a·N^c = C. Ejemplos: álabes turbinas, cámaras combustión.

Factores reductivos reales (Marin)

  • Rugosidad superficial Ka: 0,70-1,00.
  • Tamaño Kb: 0,8-1.
  • Fiabilidad Kc: 0,753 (99,9%).
  • Temperatura Kd.
  • Concentración tensión Kf (entalles, agujeros).
  • Corrosión Ke: 0,3-0,5 en agua de mar.
  • Tensiones residuales de soldadura: reducen 20-50%. Shot-peening mejora 30-100%.

Aplicaciones típicas

  • Ejes rotativos motores/turbinas.
  • Muelles de suspensión.
  • Juntas soldadas (EC3 clases 36-160 MPa).
  • Engranajes (fatiga flexión + pitting Hertz).
  • Ruedas ferroviarias RCF.
  • Recipientes a presión ASME.
  • Álabes turbinas TMF.
  • Juntas atornilladas fretting.
  • Aeroespacial DTA.
  • Aerogeneradores 10⁷-10⁸ ciclos.

Cómo usar la calculadora

Introduce σ_UTS (MPa), σ_a (amplitud alternante), σ_m (media), material (1=acero, 2=aluminio), frecuencia (Hz). La calculadora devuelve σ_lim, σ_a_eq Goodman, coeficiente de seguridad CS, vida N ciclos, vida en horas, exponente Basquin y evaluación.

Preguntas frecuentes

¿Qué es la relación R?

R = σ_min/σ_max. R = -1: alternante puro, más severo. R = 0: pulsante desde cero. R = 0,1: precargado (pernos). σ_a = (σ_max−σ_min)/2, σ_m = (σ_max+σ_min)/2.

¿σ_lim = 0,5·σ_UTS siempre?

Solo para aceros ferríticos con σ_UTS < 1400 MPa. Para aceros muy duros satura a 700 MPa. Inox austenítico f_end ≈ 0,40. Aluminio no verdadero endurance, ref. 5·10⁸ ciclos.

¿Cómo trata σ_m negativa (compresión)?

Aumenta vida a fatiga (cierre de microgrietas). Práctica: ignorar beneficio (conservador). Calculadora acepta solo σ_m ≥ 0.

¿Qué es la curva S-N doble pendiente EC3?

Eurocódigo 3 parte 1-9: m₁=-3 (10⁴-5·10⁶), m₂=-5 (5·10⁶-10⁸), cut-off 10⁸. Categorías detalle Δσ_C a 2·10⁶ ciclos (36-160 MPa) para 90 tipologías estructurales.

¿Por qué la soldadura reduce tanto σ_lim?

Tensiones residuales de tracción (=σ_y), discontinuidades geométricas K_t=2-5, ZTA frágil, defectos internos. σ_lim junta soldada 50-100 MPa independiente del σ_UTS base.

¿Cómo aplicar Miner para carga variable?

Palmgren-Miner (1945): D = Σ n_i/N_i, rotura cuando D=1 (práctica D=0,5-0,8). Rainflow counting extrae ciclos, luego S-N + Goodman para N_i, suma daños. Software fe-safe, ncode, ANSYS.

¿Comparar con software profesional?

fe-safe (SIMULIA), ncode DesignLife (HBM), ANSYS Fatigue integran fatiga con FEM 3D. Criterios multiaxial, curvas específicas materiales, Rainflow + Miner. Esta calculadora ±30-50% para uniaxial simple.

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