Análisis del proceso de fractura en materiales estructurales mediante el uso del criterio de la densidad de energía de deformación y el concepto de material equivalente

Abstract

RESUMEN: A la hora de realizar el análisis a fractura de componentes entallados, hacerlo como si de componentes fisurados se tratase da lugar a unos resultados generalmente conservadores. Por esto y para que las evaluaciones de integridad estructural se ajusten lo máximo posible a la realidad es necesario implementar metodologías que tengan en cuenta el comportamiento real de las entallas. El Criterio de la Densidad de Energía de Deformación (SED) es una metodología que con un reducido coste (solo es necesario conocer los parámetros resistentes obtenidos de un ensayo de tracción y la geometría del defecto) que permite estimar con un elevado grado de precisión la carga de rotura de materiales con comportamiento elástico-lineal. El Concepto de Material Equivalente (EMC) es una metodología que permite convertir un material con comportamiento no lineal en otro material equivalente con comportamiento elástico-lineal. Se plantea una metodología que permita analizar todo tipo de materiales empleando el criterio SED o la combinación del EM C-SED. Para ello se analizan cinco materiales de distinta naturaleza (polímeros, metales y materiales compuestos) con diferentes comportamientos mecánicos: PMMA, aleación de aluminio Al7075-T651, acero estructural S275JR, Poliamida 6 y Poliamida 6 reforzada con diferentes cantidades de fibra de vidrio corta. Se reafirma la buena aplicabilidad del criterio SED para la estimación de la carga de rotura de materiales con comportamiento lineal y se valida el empleo de la metodología que combina el EMC-SED para la estimación de la carga de rotura de materiales con comportamiento no lineal en tracción y elástico-lineal en fractura.ABSTRACT: When performing the fracture analysis of notched com ponents, considering them as cracked components generally results in conservative values. For this reason and for structural integrity assessments to be adjusted as much as possible to reality, it is necessary to implement methodologies that take into account the actual behavior of the notches. The Strain Energy Density Criterion (SED) is a methodology that with a reduced cost allows estimating (with a high degree of precision) the load bearing capacity of materials with elastic linear behavior (only the resistant parameter values obtained from a tensile test and the defect geometry are needed). The Equivalent Material Concept (EMC) is a methodology that allows converting a material with non-linear behavior into another equivalent material with elastic-linear behavior. A methodology is proposed to analyze all types of materiaIs using the SED criterion or the EMC­ SED criterion combination. Five materiaIs with different nature (polymers, metaIs and composite materials) and with different mechanical behaviors are analyze d: PMMA, Al7075-T651 aluminum alloy, S275JR structural steel, Polyamide 6 and Polyamide 6 reinfarced with different contents of short glass fiber. The good applicability of the SED criterion far estimating the load bearing capacity far materiaIs with linear behavior is reaffirmed. The use of the methodology that combines the EMC-SED far estimating the load bearing capacity far materials with non-linear behavior in tensile test and with elastic -linear behavior in fracture test is validated.Este trabajo ha recibido financiación del Ministerio de Economía y Competitividad del Gobierno de España a través del Programa Estatal de Fomento de la Investigación Científica y Técnica de Excelencia, a través de los proyectos: MAT2014-58443-P: “Análisis del comportamiento en fractura de componentes estructurales con defectos en condiciones de bajo confinamiento tensional”