Se observa que la carga y la descarga repetidas debilitan los objetos a lo largo del tiempo, incluso cuando las tensiones inducidas son considerablemente inferiores a los límites de tensión permitidos. Este fenómeno es conocido como fatiga. Cada ciclo de fluctuación de tensión debilita al objeto hasta cierto punto. Después de una cantidad de ciclos, el objeto está tan débil que falla. La fatiga es la causa fundamental de error en muchos objetos, especialmente en aquéllos hechos de metal. Algunos ejemplos de error por fatiga incluyen maquinarias giratorias, pernos, alas de aviones, productos de consumo, plataformas flotantes, buques, ejes de vehículos, puentes y huesos.
Los estudios estructurales lineales y no lineales no predicen fallos originados por la fatiga, sino que calculan la respuesta de un diseño sujeto a un entorno específico de restricciones y cargas. Si se consideran las suposiciones de análisis y se determina que las tensiones calculadas están dentro de los límites permitidos, los estudios concluyen que el diseño es seguro en este entorno independientemente de cuántas veces se aplique la carga.
Los resultados de los estudios dinámicos lineales de historia-tiempo, estáticos o no lineales se pueden utilizar como base para definir un estudio de fatiga. El número de ciclos requeridos para la falla de fatiga que ocurrirán en una ubicación depende del material y de las fluctuaciones de tensión. Esta información, para un material en particular, la proporciona una curva denominada curva SN.
Etapas de fallo causado por fatiga
El fallo causado por fatiga se produce en tres etapas:
| Etapa 1 |
Se producen una o más fisuras en el material. Las fisuras pueden producirse en cualquier parte del material pero, generalmente, se producen en las caras de los límites debido a fluctuaciones de tensión más altas. Las fisuras pueden producirse por muchas razones. Algunas de ellas son las imperfecciones de la estructura microscópica de los materiales y los rayones causados por el montaje o la manipulación de algunos de ellos. |
| Etapa 2 |
Algunas o todas las fisuras aumentan su tamaño debido a la carga continua. |
| Etapa 3 |
La capacidad del diseño para resistir las cargas aplicadas continúa deteriorándose hasta que se produce el fallo. |
Las fisuras por fatiga comienzan en la superficie del material. El refuerzo de las superficies del modelo aumenta su vida útil en sucesos de fatiga.