Diseño para Fatiga - webaero

1. INTRODUCCIÓN
Todos los elementos estructurales contienen
discontinuidades, o bien creadas involuntariamente
durante el trabajo de taller o desarrolladas
durante las condiciones de servicio bajo las cargas
cíclicas a las que la estructura se ve sometida.
Las discontinuidades afectarán a la resistencia
de un elemento estructural y pueden producir la
rotura bajo un estado particular de tensiones,
inducido por cargas de fatiga o estáticas.
Se han introducido varios componentes
de la mecánica de la fractura con el fin de proporcionar
una medida de la gravedad inherente a
la existencia de una grieta en un cuerpo, por
ejemplo el factor de intensidad de tensión K, la
integral J de Rice, el índice de liberación de la
energía G (que es la cantidad de energía liberada
durante un aumento incremental del área de
la grieta) y la apertura de la grieta COD. Todas
estas magnitudes se relacionan unas con otras
mediante hipótesis específicas. La más utilizada
de estas magnitudes, que caracteriza al campo
local de tensiones y deformaciones en las proximidades
de una grieta, es el coeficiente de intensidad
de tensión K. Este parámetro, derivado
fundamentalmente de la mecánica de la fractura
elástica lineal, es una función de las tensiones
aplicadas y de la configuración geométrica y
dimensional, tanto de la grieta como del cuerpo
que la contiene.
Esta lección es de introducción a las dos
aplicaciones principales de la mecánica de la
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fractura, aplicaciones que se desarrollarán en
lecciones posteriores. La primera aplicación consiste
en el cálculo contra la rotura de elementos
con fisuras sometidos a una temperatura y condiciones
de carga concretas. La seguridad del
cálculo se obtiene cuando el coeficiente de intensidad
de tensión K es inferior a un valor crítico K c
conocido como la tenacidad a la fractura. La
segunda y más habitual de estas aplicaciones
está relacionada con las condiciones de propagación
de la grieta de fatiga bajo ciclos de cargas
cíclicas. Se ha demostrado experimentalmente
que, en el caso de materiales estructurales de
acero, la velocidad de propagación de la grieta
es una función del campo del coeficiente de
intensidad de tensión. La propagación de la grieta
lenta y estable, que domina fundamentalmente
la vida a la fatiga de los elementos estructurales
soldados, se produce para valores de K
inferiores a ese valor crítico K d , que es en cierto
modo diferente a la tenacidad a la fractura K c
definido anteriormente.
Teniendo presentes estas dos aplicaciones,
el objetivo de esta lección lo constituyen
fundamentalmente los conceptos de la mecánica
de la fractura lineal. Se describe la base analítica
de la evaluación del rango de tensión local
cercano a la grieta y, a continuación, se introducen
algunas consideraciones relativas a la plasticidad
en la punta de la grieta. Finalmente, se
proporcionan métodos aproximados para la evaluación
de los coeficientes de intensidad de tensión
en casos más generales.