La acumulación progresiva de deformación plástica incremental en una estructura o componente sometido a cargas cíclicas con una media distinta de cero (sesgo) que produce deformación neta por ciclo, conduciendo con el tiempo a distorsión geométrica, pérdida de función y eventual fallo.

Principio

Cuando las excursiones cíclicas de esfuerzo o deformación cruzan la superficie de fluencia del material de manera que se produce flujo plástico asimétrico (deformación no recuperable), cada ciclo añade un incremento residual; si estos incrementos se acumulan más rápido que la relajación o el shakedown, la deformación por ratcheting crece hasta alcanzarse estados límite.

Demostración

Escenario ilustrativo: Una tubería de pared fina sometida a ciclos repetidos de presión interna con un esfuerzo medio de tracción desarrolla un pequeño aumento incremental de la deformación circunferencial en cada ciclo. Tras miles de ciclos el radio aumenta y los apoyos se desplazan, provocando desalineación y eventual adelgazamiento de pared o colapso local en concentraciones de esfuerzo.

Aplicación incorrecta

Confundir ratcheting con fatiga de alto ciclo: la fatiga describe la iniciación y propagación de grietas por tensiones cíclicas, mientras que el ratcheting es una acumulación de deformación plástica que no necesariamente produce grietas hasta fases avanzadas; son mecanismos distintos que pueden interactuar.

Consecuencia

Cambio dimensional progresivo, pérdida de alineación o precarga, aumento de esfuerzos locales y concentraciones, reducción de holguras o interferencias funcionales y fallo estructural eventual por colapso, deformación excesiva o por acelerar la formación de grietas por fatiga debido a la redistribución de esfuerzos.

Inversión

Si se elimina la tensión media o la carga se invierte lo suficiente (shakedown elástico), la plasticidad incremental puede detenerse y la estructura estabilizarse; el recocido térmico, cambios en la trayectoria de deformación del material o modificaciones de diseño que reduzcan la carga media pueden invertir o detener el ratcheting.

Límite

Claramente dentro: una brida atornillada con junta sometida a ciclos de presión interna y carga media de tracción que muestra aumento monotónico del alargamiento de los pernos. Caso límite: ciclos de baja amplitud próximos al límite elástico con microplasticidad y acumulación lenta que permite shakedown. Claramente fuera: cargas cíclicas puramente elásticas sin acumulación de deformación residual o crecimiento aislado de grietas por fatiga sin ratcheting plástico global medible.

Tensión semántica

Los diseñadores deben equilibrar la plasticidad permisible para disipar energía y ductilidad frente al riesgo de que ciclos con media no nula acumulen deformación; aumentar el límite elástico reduce ratcheting pero puede favorecer modos de fallo más frágiles o reducir la tenacidad.

Síntesis

El ratcheting es la consecuencia geométrica a largo plazo de la plasticidad cíclica asimétrica: controlar la carga media, permitir zonas plásticas controladas o asegurar el shakedown elástico son las principales estrategias para evitar la deformación progresiva y las fallas secundarias que provoca.