Mecánica de fracturas
La mecánica de fracturas es el campo de la mecánica que se ocupa del estudio de la propagación de grietas en materiales. Utiliza métodos de mecánica sólida analítica para calcular la fuerza impulsora en una fisura y los de mecánica sólida experimental para caracterizar la resistencia del material a la fractura .
En teoría, la tensión por delante de la punta de una grieta aguda se vuelve infinita y no se puede utilizar para describir el estado alrededor de una grieta. La mecánica de la fractura se utiliza para caracterizar las cargas en una fisura, por lo general utilizando un solo parámetro para describir el estado de carga completo en la punta de la fisura. Se han desarrollado varios parámetros diferentes. Cuando la zona plástica en la punta de la fisura es pequeña en relación con la longitud de la fisura, el estado de tensión en la punta de la fisura es el resultado de fuerzas elásticas dentro del material y se denomina mecánica de fractura elástica lineal ( LEFM ) y se puede caracterizar utilizando la tensión factor de intensidad . Aunque la carga en una grieta puede ser arbitraria, en 1957 G. Irwin encontró que cualquier estado podría reducirse a una combinación de tres factores independientes de intensidad del estrés:
Cuando el tamaño de la zona plástica en la punta de la grieta es demasiado grande, la mecánica de fractura elástica-plástica se puede utilizar con parámetros como la integral J o el desplazamiento de la abertura de la punta de la grieta .
El parámetro de caracterización describe el estado de la punta de la grieta que luego se puede relacionar con las condiciones experimentales para asegurar la similitud . El crecimiento de grietas ocurre cuando los parámetros generalmente exceden ciertos valores críticos. La corrosión puede hacer que una grieta crezca lentamente cuando se excede el umbral de intensidad de la tensión de corrosión bajo tensión. De manera similar, pequeñas fallas pueden resultar en el crecimiento de grietas cuando se someten a cargas cíclicas. Conocida como fatiga , se encontró que para las grietas largas, la tasa de crecimiento se rige en gran medida por el rango de la intensidad de la tensión experimentada por la grieta debido a la carga aplicada. Se producirá una fractura rápida cuando la intensidad de la tensión exceda la tenacidad de la fractura.del material. La predicción del crecimiento de grietas está en el corazón de la disciplina del diseño mecánico de tolerancia al daño .
Los procesos de fabricación, procesamiento, mecanizado y conformado de materiales pueden introducir fallas en un componente mecánico terminado. Como resultado del proceso de fabricación, se encuentran defectos interiores y superficiales en todas las estructuras metálicas. No todos estos defectos son inestables en condiciones de servicio. La mecánica de fracturas es el análisis de fallas para descubrir aquellas que son seguras (es decir, que no crecen) y aquellas que pueden propagarse como grietas y causar fallas en la estructura defectuosa. A pesar de estos defectos inherentes, es posible lograr a través del análisis de tolerancia al daño el funcionamiento seguro de una estructura. La mecánica de la fractura como tema de estudio crítico apenas existe desde hace un siglo y, por lo tanto, es relativamente nueva. [1] [2]
La mecánica de fracturas fue desarrollada durante la Primera Guerra Mundial por el ingeniero aeronáutico inglés AA Griffith , de ahí el término grieta de Griffith , para explicar la falla de los materiales frágiles. [5] El trabajo de Griffith estuvo motivado por dos hechos contradictorios:
