Modelos de crecimiento de grieta y análisis de fatiga basados en datos de deformación - vida y tensión - vida. Aplicaciones

Resumen

La tesis desarrollada tiene como objetivo la elaboración de dos tipos de modelos, uno para el análisis de fatiga y otro para el estudio de crecimiento de grietas, en ambos casos utilizando datos de Deformación-Vida (E-N) o de Tensión-Vida (S-N). En la actualidad se utilizan tres aproximaciones para el estudio y análisis de la fatiga: la primera de ellas y la más estudiada corresponde a los métodos basados en las tensiones, la segunda aproximación es la basada en las deformaciones y por últmo se utiliza la mecánica de fractura. Cada uno de estos métodos es aplicable para distintas condiciones, por lo que su coexistencia es imprescindible. En esta tesis se plantean modelos probabilísticos para el análisis de fatiga, y de crecimiento de grieta. En el caso del análisis de fatiga se han desarrollado dos modelos; el primero de ellos es un modelo Weibull basado en las deformaciones a partir del cual se puede determinar la función de distribución del número de ciclos hasta el fallo (N), que reproducirán el campo de probabilidades, el segundo modelo desarrollado corresponde a un modelo para determinar el campo de curvas S-N a partir del campo de curvas E-N. En cada caso se presentan ejemplos de aplicación. En el caso de crecimiento de grieta, la mayoría de los modelos utilizados en estos días, derivan de la ley de Paris, sin embargo la mayoría de ellos posee problemas de dimensiones. Debido a esto se ha desarrollado un modelo que no tenga estos inconvenientes, para lo cual se utilizará el teorema Pi de Buckingham, a través del cual se satisfacen los requerimientos adimensionalidad necesarios. Las condiciones de compatibilidad del modelo serán representadas en forma de ecuaciones funcionales lo que asegura que las ecuaciones resultantes en los modelos propuestos no serán ecuaciones arbitrarias, sino las únicas que pueden dar solución a las condiciones del problema. También se establecerá la relación existente entre el crecimiento de grieta y la información suministrada por los campos de Whöler, proponiendo un modelo probabilístico de crecimiento de grieta en el cual se establecerá la relación entre los cdfs del tamaño inicial de grieta y el número de ciclos de fallo obtenido de las curvas S-N. Finalmente se presenta una aplicación del modelo de crecimiento de grieta y acumulación de daño en un caso de dique rompeola. Finalmente se ha desarrollado un programa computacional basado en MatLab correspondiente al modelo Weibull de análisis de fatiga basado en las deformaciones, en el cual y a partir de datos de deformación total y vida, se obtienen los parámetros del modelo así como el campo de curvas E-N.