Análisis numérico del crecimiento de grieta por fatiga del CPVC: efecto de la temperatura y frecuencia de carga

• Autores: Eudi Blanco, Manuel Martínez, Jeanette González, Marco González
• Localización: Revista UIS Ingenierías, ISSN-e 2145-8456, ISSN 1657-4583, Vol. 18, Nº. 1 (Enero - marzo), 2019, págs. 177-186
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Fatigue crack growth numerical analysis of CPVC: effect of temperature and load frequency
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• Resumen
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    En esta investigación se presenta un análisis del efecto combinado de la temperatura y la frecuencia de carga sobre la velocidad de crecimiento de la grieta a fatiga del Cloruro de Polivinilo Clorado (CPVC). El CPVC es un material termoplástico utilizado para sistemas de tuberías donde la temperatura y la resistencia química son importantes, convirtiéndose en una buena alternativa a los metales. El método dual de elementos de contorno (MDEC) se utiliza para determinar estados tridimensionales de esfuerzos y deformaciones en cada incremento de grieta. Los factores de intensidad de esfuerzos en la punta de la grieta se determinan usando la integral J. Un modelo matemático propuesto por Kim & Wang en 1994 basado en resultados experimentales, se aplica para predecir la velocidad de crecimiento.  Para ello, se evalúa una muestra con una grieta lateral utilizando valores de temperatura entre 23 y 70 ºC y frecuencias entre 0,1 y 10 Hz. Los resultados muestran que la velocidad de crecimiento aumenta con el aumento de la temperatura y con la disminución de la frecuencia. Los resultados se comparan con el modelo de París y Erdogan mostrando buen acuerdo lo que implica que el MDEC podría ser una herramienta adecuada y precisa para investigar la predicción del crecimiento de la grieta en los polímeros.

  • English

    An analysis of combined effect of temperature and load frequency on the fatigue crack growth rate and cracking velocity for Chlorinated Polyvinyl Chloride (CPVC) is presented in this paper.  CPVC is a thermoplastic material used for piping systems where higher temperature and chemical resistance are important, becoming in a good alternative to metals. The Dual Boundary Element Method (DBEM) is used to determine three- dimensional states of stresses and strains at each increment of crack. Stress intensity factors at the crack tip are determined using the J-integral and the crack growth direction is defined by the maximum principal stress criteria. A mathematical model proposed by Kim & Wang in 1994 based on experimental results, is applied to predict cracking velocity. In this work, a specimen with lateral crack using temperature values between 23 and 70 ºC and frequencies between 0.1 and 10 Hz, is evaluated. The results show that cracking velocity increases with temperature increase and with frequency diminution. These results are compared to Paris & Erdogan model showing good agreement which show DBEM could be an accurate tool to investigate the prediction of crack growth in polymers.