Evaluación numérica del fenómeno de ‘crack shielding’ inducido por plasticidad mediante el empleo de una zona cohesiva

Abstract

El análisis a fatiga en componentes ingenieriles ha sido uno de los temas que más ha interesado a la comunidad científica especializada en el análisis estructural durante los últimos años. El concepto de la Mecánica Elástica Lineal de la Fractura (MELF), basado en el análisis de los Factores de Intensidad de Tensiones (FITs) es válido para el estudio del crecimiento de grieta en fatiga de la mayoría de los metales cuando la plasticidad en el frente de grieta es reducida. De esta manera el Cierre prematuro de grieta inducido por plasticidad (PICC) en fatiga ha sido una de las temáticas más discutidas durante los últimos años, pero la dificultad de la determinación experimental hacía complicada su cuantificación y con ello su correlación con la velocidad de propagación de la grieta. Por esta razón, las técnicas numéricas han sido una de las opciones más empleadas para explicar el fenómeno de cierre. Varios autores han empleado diversos modelos numéricos para evaluar el efecto del (PICC), los cuales están basados en esquemas de crecimiento de grieta nodo a nodo, desacoplados con la plasticidad en el frente de grieta y el fenómeno de fractura. Estos esquemas realizan una generación de plasticidad de acuerdo a la corrección de Irwin, más apropiada para materiales frágiles. En este trabajo, se presenta un análisis numérico del PICC mediante el empleo de una zona cohesiva con daño irreversible propuesta por Ural et al. (2009). El estudio se realiza sobre una probeta CT en condiciones de tensión plana y posteriormente se comparan los resultados con ensayos experimentales. Los resultados muestran la capacidad del Modelo de Zona Cohesiva (CZM) de capturar el fenómeno de cierre y la buena correlación entre resultados numéricos y experimentales. El presente trabajo de investigación, discute el efecto que tiene sobre el cierre los parámetros que rigen la CZM, así como el efecto que el ciclado durante el avance de grieta, tiene sobre el fenómeno de cierre y la plasticidad cíclica en el frente de grieta. Éste último tiene una gran dependencia con el T-stress el cual es responsable en parte del fenómeno de cierre.