Cálculo del factor de intensidad de tensiones mediante elementos finitos

Abstract

La fractura frágil es un fallo que suele darse sin apenas deformación plástica previa y de modo instantáneo. No es tan común como los debidos a fatiga o de plastificación generalizada (dúctiles). Las teorías de fallo convencionales como la de Von Mises o Tresca no explican este tipo de casos: la Mecánica de la Fractura se encarga de su estudio. En este trabajo se analizan diversos casos de Mecánica de la Fractura, incluyendo modo I, modo II y modo mixto I y II. Se calcula el factor de intensidad de tensión que corresponda en cada caso, a partir de varios métodos: por un lado basados en fórmulas teóricas, y por otro haciendo uso de modelos de Elementos Finitos. Se expone también cómo debe modelizarse una grieta y su influencia en el proceso de mallado. Finalmente, se presentan los resultados obtenidos para el factor de intensidad de tensión, comparando los teóricos con los extraídos a partir de Elementos Finitos, para poner fin al trabajo con las conclusiones. Este trabajo resulta de gran interés, entre otros ámbitos, para estimaciones de propagación de grieta, ya que el factor de intensidad de tensión es un parámetro básico en orden a estudiar el crecimiento de grieta.

Brittle fracture is a failure that occurs with barely prior plastic deformation and instantly. It is not as common as fatigue or ductile collapses. Traditional theories of failure such as Von Mises or Tresca do not explain this kind of cases: Fracture Mechanics is responsible for them. In this work several cases of Fracture Mechanics are analyzed, covering mode I, mode II and mixed mode I and II. Stress Intensity Factor (SIF) is calculated for each case, applying: theorical expressions on the one hand, and Finite Element models on the other hand. Moreover, it is explained crack modeling and its influence on the mesh process. Finally, obtained results for the SIF are presented, making a comparison between those from theorical expressions and those from Finite Element, to close the work with the conclusions. This thesis may be helpful, among other areas, in order to estimate crack propagation, as SIF is a basic parameter for that purpose.

Haustura hauskorra da bat-batean eta ia deformazio plastiko gabe jazotzen den hutsegitea. Ez da hain arrunta neke edo harikor motako hutsegiteekin konparatuz. Ohiko hutsegite teoriek, Von Mises edo Tresca esaterako, ez dituzte kolapso horiek azaltzen: Frakturaren Mekanika arduratzen da. Lan honetan Frakturaren Mekanikako zenbait kasu aztertzen dira, modu I, modu II eta modu misto I eta II barne hartuz. Kasu bakoitzerako kalkulatu egiten da tentsio intentsite faktorea, metodo ezberdinak baliatuz: alde batetik formula teorikoak, eta bestetik Elementu Finituko modeloak erabiliz. Halaber, pitzadura nola definitu behar den eta bere eragina sare prozesuan azaldu egiten da. Azkenik, tentsio intentsitate faktorerako lortu diren emaitzak erakusten dira, alderatuz formula teorikoek emandako baloreak eta Elementu Finituen bitartekoak; eta amaitzeko ondorioak aurkezten dira. Lan hau lagungarria izan daiteke, adibidez, pitzadura propagazioa estimatzeko, tentsio intentsitate faktorea oinarrizko parametro bat baita arlo horretan.