Modelo micromecánico de fatigua para grietas microestructuralmente pequeñas basado en plasticidad cristalina

• S. Lucarini ^[1] ; F.P.E. Dunne ^[1] ; E. Martínez-Pañeda ^[1]
  1. [1] Imperial College London

     Imperial College London

     Reino Unido

     
• Localización: Revista española de mecánica de la fractura, ISSN-e 2792-4246, Nº. 5, 2023, págs. 87-94
• Idioma: español
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• Resumen
  • español

    Las fases de incubación y propagación temprana de grieta de fatiga en metales policristalinos suelen estimarse utilizando modelos basados en la micromecánica y una definición de la fuerza impulsora de fatiga, tales como los parámetros indicadores de fatiga o la densidad de energía almacenada. Recientemente, los modelos de fractura phase-field han mostrado una gran habilidad para resolver problemas de fatiga en los que se pueden analizar trayectorias y velocidades de crecimiento de grieta. Estas técnicas, aunque potentes, son costosas desde el punto de vista computacional. Sin embargo, el cuello de botella de estos enfoques puede superarse utilizando métodos basados en la Transformada Rápida de Fourier (FFT) que muestran un notable rendimiento numérico en comparación con los métodos de elementos finitos. En este trabajo, se propone un nuevo marco de phase-field para fatiga basado en la FFT relacionando la fractura con las definiciones de fuerza motriz de fatiga. Se simulan las primeras etapas de la grieta por fatiga en policristales mostrando sensibilidad a las características microestructurales. El uso de solvers FFT permite la simulación de grandes regiones microestructurales en 3D para predecir los tiempos de vida en las primeras etapas de fatiga.

  • English

    The incubation and early fatigue crack propagation stages in polycrystalline metals are often estimated using models based on micromechanics and a definition of fatigue driving force definition, such as Fatigue Indicator Parameters or the stored energy density. Recently, the phase-field models have shown a strong ability to solve fatigue problems where crack growth rates and paths can be analysed. These techniques, although powerful, are computationally expensive. However, the bottleneck of these approaches can be overcome using Fast Fourier Transform (FFT) based methods which exhibit remarkable numerical performance compared to finite element methods. In this work, a new FFT-based phase-field fatigue framework is proposed by relating the phase-field fracture to fatigue driving force definitions. The early stages of fatigue cracking in polycrystals are simulated showing sensitivity to microstructural features. The use of FFT solvers allows the simulation of large 3D microstructural regions to predict lifetimes in the early stages of fatigue.