Transcript 9 Fatiga 2011-2 - Ingenieria de Materiales

INGENIERIA
DE
MATERIALES
Ing. Alejandra Garza Vázquez
Un avión utiliza materiales que deben ser ligeros,
duros, tenaces y resistentes a impactos.
PROPIEDADES
MECANICAS
4.- Ensayo de Fatiga
Mide la resistencia de un material a la
falla cuando se aplica repetidamente un
esfuerzo inferior al punto de fluencia.
Ensayo de Fatiga de Viga Rotatoria
Variación de la Tensión con el Tiempo
Responsable de las Roturas por Fatiga
(a) Ciclo Simétrico de carga
invertida; la tensión
fluctúa desde una
tracción máxima (+)
hasta una compresión (-)
de igual magnitud.
(b) Ciclo de Carga Repetida;
las tensiones máxima y
mínima son asimétricas
en relación al nivel cero
de carga.
(c) Ciclos de Tensiones al
Azar.
Curva Esfuerzo-Número de Ciclos
para la Falla
Endurance Limit = Límite de Resistencia a la Fatiga
Superficie de Fractura por Fatiga (I)
Fractografía TEM
mostrando estrías de
fatiga en el Al.
Superficie de Fractura por Fatiga (II)
La grieta se forma en el borde
superior. La región lisa
corresponde al área en la cual la
grieta se propagó débilmente. La
rotura final ocurrió sobre un área
que tiene un aspecto gris y una
textura fibrosa (de tipo radial).
Superficie de Fractura por Fatiga (III)
Falla típica por fatiga de un cigüeñal.La fractura progresó lentamente desde la perforación con
rosca para tornillo (parte inferior),
hasta cerca del 90% de la sección transversal antes de la
fractura de propagación rápida (parte superior).
Superficie de Fractura por Fatiga (IV)
 Fotografía de una
fractura frágil que
muestra una
superficie de
fractura radial. La
flecha indica el
punto de inicio de la
grieta.
 Fotografía que
muestra marcas del
tipo “chevrón” (en
forma de V),
características de
una fractura frágil.
Superficie de Fractura por Fatiga (V)
Fotografías de una
superficie de fractura
por fatiga de un
componente de motor
diesel:
(a) Aspecto macroscópico.
(b) Vista microscópica
obtenida al examinar la
zona de propagación de
la grieta en un TEM
(200x).
Fractura en el USS Schenectady
atracado en el noroeste del Pacífico
http://navalmerchantshiparticles.blogspot.com
/2010/03/oh-those-famous-cracks.html
Fractura en un Barco Petrolero
Ejemplos de Cargas Cíclicas
(a) Eje de un carro de ferrocarril.
(b) Rotor de un generador durante arranques y paradas.
(c) Presurización y despresurización de la cabina de un avión.
Aloha Airlines (I)
Aloha Airlines Vuelo 243
El vuelo comercial rutinario 243 de Aloha Airlines, un Boeing
737-200, estaba programado que volase de Hilo a
Honolulú, en Hawaii, el 28 de abril de 1988. En pleno
vuelo sufrió daños severos en el fuselaje debido a una
descompresión explosiva motivada por una fisura o serie de
fisuras, aunque pudo aterrizar en el aeropuerto de
Kahului, Maui. La azafata Clarabelle Lansing salió
despedida del aparato y aunque su cuerpo nunca fue
encontrado se presume muerta, siendo la única víctima
mortal de este accidente. También resultaron heridas 64
personas entre pasajeros y tripulantes, 7 de ellos graves,
57 con heridas menores y 30 ilesos.
En pleno vuelo, y debido a "fatiga de materiales" según las
autoridades, se desprendió una sección completa del techo
del avión, un Boeing 737. "Clarabelle iba caminando por el
pasillo de la primera clase cuando ocurrió; no supe cómo,
pero desapareció", dijo un testigo. Tras el incidente, el
piloto consiguió aterrizar en la isla de Maui.
Aloha Airlines (II)
Incidente del Boeing 737-200:
 Esquema del avión en vuelo.
 La cubierta del techo del avión se fracturó a medio vuelo sobre Hawaii.
 Las investigaciones posteriores revelaron que la cubierta se debilitó
como resultado de corrosión extensa y Fatiga.
Aloha Airlines (III)
Aloha Airlines (IV)
Falla por Cargas Cíclicas
Vuelo 243 Aloha
Airlines , un Boeing
737-200, 28 abril,
1988. La falla del
fuselaje en pleno vuelo
fue causada por fatiga
y corrosión.
”Todos los diseños de máquinas y de estructuras
presentan problemas de fatiga.....”
Carl Osgood, Diseñador de Fatiga
Aloha Airlines
VUELO 243 ALOHA AIRLINES
(Boeing 737-200)
28 de Abril de 1988
Un pequeño vuelo de 35 min de duración que cambió la
historia de la aviación civil.
Una descomprensión explosiva fue la causante del terrible
accidente. Solo hubo un fallecido, la sobrecargo CB, llamada
cariñosamente de esa manera por sus compañeros y pasajeros
habituales. Una pequeña fisura en el fuselaje provocó un efecto
llamado “ariete”, que lo podríamos comparar a una situación
familiar; cuando quitas el tapón de la bañera y lo acercas al
agujero de nuevo, se ejerce una gran presión; pues esto fue lo
que ocurrió.
Aloha Airlines
Investigaciones posteriores, analizaron el problema como
una pequeña fisura en el fuselaje, de la que ya se había dado
cuenta una pasajera del vuelo 243, pero no le dió mucha
importancia, ya que ese avión era el único hasta la fecha que
llevaba mas de 9000 vuelos, y la tripulación tenía más de una
década de experiencia, y eran los mismos de siempre, ya que el
trayecto era de Hilo a Honolulu duraba 35 min y hacia muchos
trayectos de ida y vuelta a lo largo del día. Esta fisura hizo que
el avión abriese un pequeño hueco en el techo, era algo que ya
estaba preparado para alguna situación de estas. Pero aquí
empezó todo, se sugiere en las investigaciones que la sobrecargo
se encontraba justo debajo del pequeño hueco, y que se vió
inmersa en una tremenda presión que la elevó hacia arriba,
quedando atorada en el hueco, y al no poder pasar el aire se
produjo un pico de presión, haciendo una explosión. Los restos
del fuselaje y de la sobrecargo CB nunca fueron encontrados.
Aloha Airlines
Mientras tanto, el avión se sostenía por unas pocas fibras
de la parte de abajo del avión. El avión estaba a 7000 pies, de
manera que para que la gente sobreviviera debía bajar a 3000
pies, ya que a esa altura no hay oxigeno y podrían morir por
hipoxia, además de poder congelarse, ya que ahí arriba hay unos
40º bajo cero. La gente en la parte donde explotó el fuselaje
seguía allí sentada, y lo más importante, vivos, gracias a que
todavía llevaban el cinturón de seguridad puesto, ya que como el
trayecto duraba 35 min. no se lo podían quitar, y esto fue lo que
les salvó la vida a todos. De todas formas, el resto de pasajeros
en en estos minutos de descenso tenían las mascarillas, pero los
de la sección de adelante, no. Una vez alcanzados los 3000 pies,
el fuerte viento dejó de serlo, al menos, permitiendo que se
oyeran mutuamente, y pudiendo respirar sin las máscaras de
oxígeno. Cuando vieron que el avión estaba girando
comprendieron que si tenían piloto, ya que estaban
incomunicados, y no podían ver si había alguien en la cabina, y lo
que es más, no podían casi ver si tenian cabina, ya que el avión
estaba un poco doblado, estando la punta del avión más abajo.
Aloha Airlines
El aterrizaje tuvo lugar en Maui, siendo la isla más
cercana pero poniendo más trabas a este sufrimiento; el
aeropuerto se encontraba en medio de dos montañas de mas de
3000 pies, y una vez pasado este obstáculo, al calcular la
velocidad de seguridad para aterrizar, el piloto se vió obligado a
ir más rápido ya que a esa velocidad el avión peligraba todavía
más de romperse. Por si fuera poco, el tren de aterrizaje no
salía, aunque con suerte desde tierra avisaron que lo veían. El
avión logró aterrizar sin partirse, ni estallar, hubo 94
sobrevivientes de 95.
http://es.wikipedia.org/wiki/Vuelo_243_de_Aloha_Airlines
http://www.vuelosinmotor.net/index.php?view=article&catid=41
%3Avideoaccidentes&id=8%3Acrashaloa&option=com_content&I
temid=54