Publicación: Análisis comparativo de diferentes modelos de propagación de grietas por fatiga utilizando el método dual de elementos de contorno
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2022
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Editor
['Universidad Nacional de Educación a Distancia (España)', 'Universidad Politécnica de Madrid. Departamento de Ingeniería Mecánica']
Resumen
Para el análisis del cuerpo agrietado se utiliza el método dual de elementos de contorno (DBEM), mediante el cual se calculan los factores de intensidad de esfuerzo (SIF), la razón de crecimiento y el número de ciclos transcurridos en cada incremento simulado de la propagación. Se estudiaron tres modelos específicos bajo cargas de fatiga de amplitud constante: el modelo de Paris, el modelo de Klesnil-Lucas y el modelo de Forman. Los resultados obtenidos se validan con literatura experimental y con el método de elementos finitos, en donde se evidencia que cada uno de los modelos analizados representa de manera satisfactoria una zona específica de la gráfica de crecimiento de grieta. El modelo de Klesnil-Lucas[1] representa la zona cercana al umbral de fractura; el modelo de Paris[2] se acomoda a la zona lineal o de crecimiento controlado de la grieta; mientras que el modelo de Forman[3] reproduce la zona de fractura descontrolada o zona final, esto es, cuando el factor de intensidad de esfuerzos se acerca a la tenacidad a la fractura del material. Finalmente se presenta una discusión sobre la aplicabilidad de cada modelo, el carácter conservativo de cada uno y se da una recomendación a utilizar el modelo de Klesnil-Lukas para simular el crecimiento completo de la grieta.
For the analysis of the cracked body, the dual boundary element method (DBEM) is used, through which the stress intensity factors (SIF) are calculated to at last compute the crack growth rates, and the number of cycles elapsed in each simulated increment of the propagation. Three specific models were studied under constant amplitude fatigue loads: the Paris model, the Klesnil-Lucas model, and the Forman model. The results obtained are validated with experimental literature and with the finite element method, where it is evident that each of the analyzed models represents a specific part of the crack growth graph. The Klesnil-Lucas model represents the zone close to the fracture threshold; the Paris model fits to the linear or controlled zone of the crack; while the Forman model reproduces the uncontrolled fracture zone or final zone, i.e., when the stress intensity factor approaches the typical fracture toughness of the material. Finally, a discussion is presented on the applicability of each model, the conservative character of each one and a recommendation is given to use the Klesnil-Lukas model to simulate the complete growth of the crack.
For the analysis of the cracked body, the dual boundary element method (DBEM) is used, through which the stress intensity factors (SIF) are calculated to at last compute the crack growth rates, and the number of cycles elapsed in each simulated increment of the propagation. Three specific models were studied under constant amplitude fatigue loads: the Paris model, the Klesnil-Lucas model, and the Forman model. The results obtained are validated with experimental literature and with the finite element method, where it is evident that each of the analyzed models represents a specific part of the crack growth graph. The Klesnil-Lucas model represents the zone close to the fracture threshold; the Paris model fits to the linear or controlled zone of the crack; while the Forman model reproduces the uncontrolled fracture zone or final zone, i.e., when the stress intensity factor approaches the typical fracture toughness of the material. Finally, a discussion is presented on the applicability of each model, the conservative character of each one and a recommendation is given to use the Klesnil-Lukas model to simulate the complete growth of the crack.
Descripción
Categorías UNESCO
Palabras clave
mecánica de fractura, factor de intensidad de esfuerzos, método de elementos de contorno,, crecimiento de grieta
Citación
Centro
E.T.S. de Ingenieros Industriales
Departamento
Mecánica