Análisis de la propagación subcrítica de una fisura crecida por fatiga mediante el método de elementos de contorno
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Date
2009-12-11
Authors
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Publisher
Universidad Nacional de Trujillo
Abstract
La falla catastrófica de estructuras es causada por la propagación de fisuras más allá de un tamaño seguro. Estas fisuras, presentes de alguna forma en todo componente estructural, son el resultado de defectos de fabricación o de daños localizados generados durante su servicio y pueden crecer lentamente debido a procesos de fatiga (A. Portela 1992), provocando una disminución de su resistencia estructural y generando hacia futuro una falla catastrófica. La determinación de la tolerancia al daño, propagación subcrítica, siendo esta una propiedad estructural que determina la capacidad para sobrellevar de manera segura una fisura durante la vida útil de una estructura, es uno de los objetivos en el análisis y evaluación de fallas. Adicionalmente, la determinación de la velocidad de crecimiento y del tamaño critico, son parámetros que permiten determinar la estabilidad de la fisura y vida residual de un componente estructural.
La presente investigación estudia un método numérico como una herramienta computacional basada en el método de los elementos de contorno dual, BEMD, que permite estudiar la propagación subcrítica de una fisura en estructuras, sometidas a esfuerzos cíclicos, fatiga. El código permite desarrollar modelos computacionales para el estudio de resistencia residual de componentes bidimensionales fisurados, basado en la teoría de mecánica de fractura elástica lineal. Se presenta la formulación por elementos de contorno dual del problema, su implementación computacional y su aplicación al análisis de problemas específicos de propagación subcrítica de fisuras por fatiga. El crecimiento subcrítica de la fisura es modelado a través de la teoría de propagación por fisura propuesta por Paris aplicado al caso de elasticidad plana y es usado el criterio de esfuerzos principales máximo para definir la dirección de propagación, desarrollado por Artur Portela. La formulación de BEMD ha sido implementada en un código computacional desarrollado en FORTRAN 90. Sea aplicado el método numérico a una placa de forma de una cruz fisurado corroborando los datos que obtiene Portela [1992] con un factor de intensidad de tensiones normalizado con un factor de 9.83125 en función al número de incremento en el crecimiento de la fisura. El programa ha demostrado, inicialmente, su efectividad para predecir trayectorias de propagación y resistencia residual por fatiga subcrítica, permitiendo su uso como herramienta de análisis en ingeniería.
Description
The catastrophic failure of structures is caused by the propagation of crack beyond a sure size. These cracks, present in some way in all structural component, are the result of defects of production or of located damages generated during their service and they can grow slowly due to processes of fatigue (A. Portela 1992 ), causing a decrease of its structural resistance and generating toward future a catastrophic failure. The determination of the tolerance to the damage being this a structural property that determines the capacity for carry in a sure way a crack during the useful life of a structure, is one of the objectives in the analysis and evaluation of failure. Additionally, the determination of the speed of growth and of the size criticize, they are parameters that allow to determine the stability of the fissure and residual life of a structural component.
The present investigation studies a numeric method is presented as a tool computational based on the boundary elements method dual, BEMD, that allows to study the propagation subcrítica of a crack in structures, subjected to recurrent efforts, it tires. The code allows to develop model computational for the study of residual resistance of components two-dimensional cracking, based on the theory of mechanics of lineal elastic fracture. The formulation is presented by elements of dual boundary of the problem, its implementation computational and its application to the analysis of specific problems of fatigue growth subcrítica propagation. The growth subcrítica of the fissure is modeled through the propagation theory by fissure proposed by Paris applied to the case of plane elasticity and the approach of efforts main maximum is used to define the propagation address, developed by Artur Portelas. The formulation of BEMD has been implemented in a code computational developed in FORTRAN 90. The numeric method be applied to a cruciform cracked plate corroborating the data that he/she obtains Portela [1992] with a factor of intensity of tensions normalized with a factor of 9.83125 in function to the increment number in the growth of the crack. The formulation of BEMD has been implemented in a code computational developed in FORTRAN 90. The program has demonstrated its effectiveness, initially, to predict propagation trajectories and residual resistance for fatigue subcrítica, allowing its use as analysis tool in engineering.
Keywords
Métodos de Elementos de Frontera Dual, Fatiga, Propagación de fisura