Uso del ensayo small punch (SPT) en la caracterización a fatiga de un acero estructural S355

• S. Otero ^[1] ; J. Sicre ^[2] ; G. Álvarez ^[1] ; M.M. Llera ^[1] ; F.J. Belzunce ^[1] ; C. Rodríguez ^[1]
  1. [1] Universidad de Oviedo

     Universidad de Oviedo

     Oviedo, España

     
  2. [2] PMG Powertrain R&D Center S.L.U. Pol. Ind. Vega de Baíña, Mieres, Asturias-España
• Localización: Revista española de mecánica de la fractura, ISSN-e 2792-4246, Nº. 5, 2023, págs. 305-310
• Idioma: español
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• Resumen
  • español

    El Small Punch Test (SPT) es un ensayo que permite caracterizar el comportamiento mecánico de materiales, sometidos a solicitaciones cuasi-estáticas a partir de muestras muy pequeñas (10x10x0.50mm). En estas condiciones, el SPT ha demostrado una gran aplicabilidad, en la determinación de parámetros de tracción, como el límite elástico (ys) o la resistencia mecánica (u) de aceros, contando ya con una norma Europea que lo respalda. En este trabajo se desarrolla y propone una metodología que permita la aplicación de este ensayo en condiciones de carga cíclica, buscando la determinación del límite de fatiga de un acero estructural S355. Para ello, se han realizado ensayos de fatiga, fijando la carga máxima en un cierto porcentaje de la carga Py que habitualmente se utiliza en la determinación del límite elástico del material (ys = 1Py/t2 ) y utilizando una relación de cargas R = 0.1. En estos ensayos se constató que el daño se inicia en la zona central de la cara de la probeta sometida a tracción, formándose varias grietas, que posteriormente crecían radialmente, hasta detenerse a una cierta distancia del empotramiento, sin que en ninguna ocasión se produjese una rotura catastrófica. Sobre esta base, se define el fallo a fatiga SPT (curva SPT) en el momento en el que se inicia el daño, momento que se detecta a partir de medidas de flexibilidad. La curva SPT-N así obtenida se ha comparado con la proveniente de ensayos de fatiga rotativa (R = -1), justificando las diferencias entre ambas curvas en base a todas aquellas variables que afectan al comportamiento a fatiga como la relación de cargas (R), distribución de tensiones o el tamaño de las probetas.

    En base a todo ello, se propone una correlación entre ambos ensayos.

  • English

    The Small Punch Test (SPT) is a test that allows characterizing the mechanical behaviour of materials subjected to quasistatic stresses from very small samples (10x10x0.50mm). Under these conditions, the SPT has demonstrated a great applicability in the determination of tensile parameters, such as the yield strength (ys) or the tensile strength (u) of steels, having already a European standard that supports it. This work develops and proposes a methodology that allows the application of this test under cyclic loading conditions, seeking the determination of the fatigue limit of a structural steel S355. For this purpose, fatigue tests have been carried out, setting the maximum load at a certain percentage of the Py load that is usually used in the determination of t material yield stress (ys = 1Py/t2 ) and using a load ratio R = 0.1. In these tests it was found that damage starts in the central zone of the face of the specimen subjected to tension, forming several cracks, which subsequently grow radially, until they stopped at a certain distance from the embedment, without on any occasion producing a catastrophic rupture. On this basis, the SPT fatigue failure (SPT-N curve) is defined at the moment of damage initiation, which is detected from flexibility measurements. The SPT-N curve thus obtained has been compared with the one coming from rotatory fatigue tests (R = -1), justifying the differences between both curves based on all those variables that affect fatigue behaviour, such as load ratio (R), stress distribution or specimen size. On this basis, a correlation between both tests is proposed.