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Fatiga en Polímeros (Calentamiento por Histéresis)

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A diferencia de la fatiga metálica (crecimiento de grieta dominante, Metalurgia A1), en polímeros la componente viscosa (tan delta, M3) disipa energía en cada ciclo como calor, pudiendo elevar la temperatura local hasta el reblandecimiento antes de que domine el mecanismo de grieta.

>Modelo

ID:('ky', 1718)


Energía disipada por ciclo

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$W=\pi\sigma_a^2\frac{\tan\delta}{E'}$

$ andelta$
Factor de pérdida viscoelástica
$1$
$sigma_a$
Amplitud de esfuerzo de fatiga
$Pa$
$W$
Energía disipada por ciclo por volumen
$J/m³$
$E'$
Módulo de almacenamiento
$Pa$



>Modelo

ID:('gm', 14846)


Tasa de generación de calor

Storyboard



$\dot Q=fWV$

$f$
Frecuencia de ciclos
$Hz$
$W$
Energía disipada por ciclo por volumen
$J/m³$
$dot Q$
Tasa de generación de calor
$W$
$V$
Volumen de muestra
$m³$



>Modelo

ID:('gm', 14847)


Incremento estacionario de temperatura

Storyboard



$\Delta T=\frac{\dot Q}{hA}$

$Delta T$
Incremento térmico estacionario
$K$
$h$
Coeficiente convectivo
$W/m²K$
$A$
Área superficial de intercambio
$m²$
$dot Q$
Tasa de generación de calor
$W$



>Modelo

ID:('gm', 14848)


Evolución térmica lumped

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$T^{n+1}=T^n+(T_{amb}+\Delta T-T^n)(1-e^{-\Delta t/\tau_{th}})$

$Delta T$
Incremento térmico estacionario
$K$
$T_{amb}$
Temperatura ambiente
$K$
$T$
Temperatura de muestra
$K$
$ au_{th}$
Constante térmica
$s$
$Delta t$
Paso temporal
$s$



>Modelo

ID:('gm', 14849)


Constante térmica

Storyboard



$\tau_{th}=\frac{\rho Vc_p}{hA}$

$\r ho$
Densidad del polímero
$kg/m³$
$h$
Coeficiente convectivo
$W/m²K$
$A$
Área superficial de intercambio
$m²$
$c_p$
Calor específico
$J/kg·K$
$V$
Volumen de muestra
$m³$
$ au_{th}$
Constante térmica
$s$



>Modelo

ID:('gm', 14850)


Estructura del modelo

Descripción

Red de modelo


Primero, seleccione la ecuación:   a ,  luego, seleccione la variable:   a 

Símbolo
Ecuación
Resuelto
Traducido

Cálculos

Símbolo
Ecuación
Resuelto
Traducido

 Variable   Dado   Calcule   Objetivo :   Ecuación   A utilizar



Variables

Símbolo
Texto
Variable
Valor
Unidades
Calcule
Valor MKS
Unidades MKS
$ andelta$
tan_delta
Factor de pérdida viscoelástica
1
$f$
f_cyc
Frecuencia de ciclos
Hz
$Delta T$
Delta_T_hyst
Incremento térmico estacionario
K
$T_{amb}$
T_amb
Temperatura ambiente
K
$T$
T_sample
Temperatura de muestra
K
$sigma_a$
sigma_amp_fat
Amplitud de esfuerzo de fatiga
Pa
$W$
W_diss_cycle
Energía disipada por ciclo por volumen
J/m³
$E'$
E_storage_fat
Módulo de almacenamiento
Pa
$\r ho$
rho_poly
Densidad del polímero
kg/m³
$h$
h_conv_fat
Coeficiente convectivo
W/m²K
$A$
A_surf_fat
Área superficial de intercambio
$c_p$
c_p_poly
Calor específico
J/kg·K
$dot Q$
Q_gen_rate
Tasa de generación de calor
W
$V$
V_sample_fat
Volumen de muestra
$ au_{th}$
tau_th
Constante térmica
s
$Delta t$
dt
Paso temporal
s

ID:(0, 1718)


gphysics.net - Dr. Willy H. Gerber
Palos Verdes, Costa de Corral, Región de los Rios, Chile