Numerical study of the three-dimensional behaviour of plasticity induced crack closure phenomenon in bi-dimensional specimens
- Autores: Daniel Camas Peña
- Directores de la Tesis: Antonio Gonzalez Herrera (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Málaga ( España ) en 2013
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Eugenio Giner Maravilla (presid.), María Belén Moreno Morales (secret.), Carlos Navarro Pintado (voc.), Fernando Jorge Ventura Antunes (voc.), Patricia Díaz Garrido (voc.)
- Materias:
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- Resumen
La caracterización de la propagación de grietas se basa en la teoría clásica de la mecánica de la fractura elástica lineal, la cual ignora cualquier efecto tridimensional en la propagación de la grieta. Factores tales como el espesor de la probeta y la curvatura del frente de la grieta no son considerados.
El fenómeno del cierre de grieta fue identificado por Elber a finales de los años 60. Elber contradijo muchas de las teorías existentes en mecánica de la fractura e incluso hoy en día, existe controversia sobre la existencia y el grado de influencia de este fenómeno en el crecimiento de las grietas en fatiga.
Este fenómeno contribuye a resolver el problema del crecimiento de grieta bajo cargas de amplitud variable y ofrece una explicación a los fenómenos de retardo, de retardo diferido y de crecimiento acelerado de la grieta. De esta forma, la predicción de las velocidades de crecimiento de la grieta usando la ley de Paris, mejora considerando un rango efectivo del factor de intensidad de tensiones, en lugar del rango nominal aplicado.
El cierre de grieta inducido por plasticidad se ha revelado como uno de los mecanismos fundamentales. Según éste, el crecimiento de la grieta está muy influenciada por el efecto de la estela plástica. Esta estela provoca el contacto prematuro de los flancos de la grieta, incluso cuando una carga a tracción está siendo aplicada, retrasando la velocidad de crecimiento de la grieta. Sin embargo, la medida experimental del instante exacto en el que la grieta pasa de estar abierta a estar cerrada, es algo complejo y no muy fiable.
De entre estas dificultades, el análisis tridimensional mediante el método de los elementos finitos surge como una alternativa para caracterizar los campos de tensiones y deformaciones en el entorno del frente de la grieta a lo largo del espesor de la probeta. El principal problema es el coste computacional asociado al análisis tridimensional de un problema cuyo tamaño característico es de varios órdenes de magnitud más pequeño que el de la propia probeta y en el cual un gran número de ciclos de carga están involucrados.
La transición a lo largo del espesor desde las condiciones de tensión plana a deformación plana, se produce de forma abrupta en una estrecha zona cercana al exterior de la probeta. Esta transición sólo puede ser capturada de forma apropiada si se emplea un mallado ultra fino a lo largo del espesor. Además, es bien conocido que el frente de una grieta en una probeta bidimensional presenta algún tipo de curvatura cuando ésta crece bajo condiciones de carga de fatiga.
El principal objetivo de esta tesis es el análisis de la influencia de parámetros tridimensionales tales como el espesor de la probeta y la curvatura del frente de la grieta en el cierre de grieta en fatiga. Además, se estudia la influencia de la carga aplicada en términos de Kmax y de la relación de cargas R. Con este fin, se realiza un análisis numérico empleando el método de los elementos finitos y usando modelos tridimensionales que presentan un mallado ultra fino a lo largo del espesor.
