Análisis del proceso de fatiga en entallas mediante la acumulación de daño en el frente de grieta

Abstract

El proceso de fatiga se divide normalmente para su estudio en dos etapas: iniciación y propagación. La separación entre una y otra es arbitraria, dependiendo de cómo se definan. El modelo presentado en este artículo considera que el proceso de avance de una grieta se debe a un proceso de daño acumulado en sucesivos bloques de material de determinada longitud en la dirección de avance de la grieta. El daño se va acumulando en estos bloques en función del nivel de tensiones y deformaciones, que es función de su distancia al borde de la grieta y cuando el daño llega a un determinado nivel se produce la rotura del bloque, provocando así el avance de la grieta. En el análisis de tensiones necesario se supone que la grieta es roma con un determinado radio de curvatura. La vida de iniciación se estima utilizando la curva ε-N. En este artículo se hace un análisis exhaustivo de los distintos parámetros que afectan a dicho modelo como: el tamaño de los bloques en que se discretiza el material en la dirección de avance de la grieta, el comportamiento del modelo en la fase de grieta pequeña, el lugar y la forma de evaluar las tensiones para estimar la vida de iniciación, las propiedades del material, etc. Este análisis se realiza sobre una serie de ensayos de fatiga de probetas entalladas. Así, aparte de realizar el estudio paramétrico del efecto de las variables del modelo, se puede comprobar la bondad de dicho modelo.

To study the fatigue process, it is normally described in two stages: initiation and propagation. The separation between one and other one is arbitrary, depending on how they are defined. The model presented in this article assumes that the process of advance of a crack owes to the damage accumulated in successive blocks of material of certain length in the direction of the crack growth. The damage is accumulated in these blocks depending on the stresses and strains levels produced, which are factors of the distance to the edge of the crack. When the damage comes to a certain level the failure of the block takes place, provoking in this way the advance of the crack. In the necessary stress analysis it is supposed that the crack is blunt with a certain radius of curvature. The life of initiation is estimated using the curve ε-N. In this article an exhaustive analysis of the different parameters that affect the above mentioned model as: the size of the blocks in the discretization of the material in the direction of the crack growth, the behavior of the model in the short crack phase, the place and the way of evaluating the stresses to estimate the life of initiation, the properties of the material, etc. is carried out. This analysis is realized on several cases of fatigue of notched specimens, which also have been tested. This way, apart from parametrically analyzing the effect of the variables of the model it is possible to verify the validity of the above mentioned model.