Читать книгу Análisis de fallas de estructuras y elementos mecánicos - Édgar Espejo Mora - Страница 22

Las fallas por deformación o distorsión son una familia de modos de falla, en los cuales un elemento mecánico se deforma elásticamente o de forma plástica bajo cargas estáticas o cíclicas, por fuera de los parámetros de diseño previstos. En esta familia de modos de falla se agrupan las fallas por deformación elástica o recuperable fuera de rango, las fallas por deformación plástica o distorsión y las fallas por vibración. Se habla de fallas por vibración cuando condiciones anormales de esta originan malfuncionamientos u otros modos de falla por deformación, fractura, desgaste o corrosión; en otros casos, los niveles anormales de vibración, las deformaciones elásticas excesivas o la deformación plástica podrán ser no la causa sino la consecuencia de la evolución de otros modos de falla. La mayoría de estos modos de falla son no catastróficos, es decir, originan malfuncionamientos en la máquina o estructura, pero no la inutilizan; sin embargo, hay situaciones donde se puede llegar a condición catastrófica, como puede ser el caso de las deformaciones plásticas y condiciones de resonancia durante la vibración.

Los modos de falla por deformación elástica fuera de parámetros, por deformación plástica a bajas temperaturas y por vibración anormal, en general, se consideran como eventos súbitos, ya que se manifestarán una vez se den las condiciones de carga adecuadas para la geometría del elemento presente. Cuando estos modos de falla no son la primera etapa dentro del mecanismo de daño, sino que son su consecuencia, tendrán una aparición retardada en el tiempo; por ejemplo, ante el agrietamiento progresivo de los elementos mecánicos, es común que aparezcan retardadas en el tiempo deflexiones elásticas excesivas o aumento de los niveles de vibración, a consecuencia de la merma de rigidez asociada. La termofluencia es un modo de falla progresivo, ya que se trata de un proceso de deformación plástica retardada en el tiempo, a consecuencia de un comportamiento viscoso del material.

Los modos de falla por deformación plástica dejan evidencia directa en las piezas afectadas, ya que estas quedan distorsionadas de forma permanente. Los modos de falla por deformación elástica fuera de parámetros o por vibración anormal tienen la particularidad de no dejar evidencias en los elementos como ocurre con la deformación plástica, la fractura, el desgaste o la corrosión; en cambio, estos modos de falla solo se detectan en operación, ya que una vez desaparece la carga o el equipo se encuentra estático, no se manifiestan excepto que hayan desencadenado la aparición de otros modos de falla (agrietamientos, ludimiento, vibrocorrosión, etcétera).

El análisis de piezas deformadas plásticamente es una disciplina de la ciencia de los materiales, en la cual se estudian los aspectos morfológicos característicos que cada modo de falla por deformación plástica deja en las piezas afectadas. El análisis de vibraciones, por su parte, estudia, entre otros aspectos, las condiciones de carga, masa y rigidez de las piezas, que favorecen la ocurrencia de una condición de vibración anormal. El análisis de rigidez estudia las relaciones entre las cargas y las deflexiones elásticas, que experimentan las piezas de acuerdo con su geometría y material. Las tres disciplinas anteriores se pueden agrupar dentro de lo que llamaremos análisis de la distorsión y deformación. A partir de este conocimiento y de la observación de piezas distorsionadas, o del monitoreo de vibraciones y deflexiones en servicio, es posible inferir el modo de falla presente. En el análisis de piezas deformadas plásticamente estas se inspeccionan visualmente a ojo desnudo, con ayuda de lupas, de un estereoscopio o de un microscopio electrónico de barrido; además se incluye la observación metalográfica, plastográfica o ceramográfica en las zonas deformadas, de forma que se puedan observar los micromecanismos de deformación presentes y su relación con la microestructura. En [1] el lector podrá encontrar ejemplos que ilustran el análisis de la distorsión y la deformación.