Diseño para Fatiga - webaero

2. METODOLOGÍA DE LA
PREDICCIÓN DE LA VIDA
2.1 Introducción
Actualmente, la predicción de la vida de
una estructura sometida a una carga variable se
basa generalmente en modelos de integración
de los daños de la propagación de las grietas
que utilizan una base de datos y análisis con el
objeto de interrelacionar los siguientes elementos:
(a) magnitud y distribución iniciales del
defecto
(b) condiciones de carga
(c) propiedades básicas del material respecto
a la propagación de grietas
(d) propiedades de la grieta y de la estructura
(e) modelo de los daños
(f) criterios de rotura o limitadores de la vida
Estos modelos siempre se calibran en
base a los resultados de los ensayos, y la confianza
asociada normalmente con las predicciones
de vida se deriva normalmente de la capacidad
del modelo para predecir el comportamiento
de propagación de las grietas generadas en el
laboratorio.
La grieta constituye la única medida cuantificable
de los daños de fatiga. Las grietas perjudican
las características de capacidad de
carga de las estructuras. Es posible caracterizar
una grieta en base a su longitud y a su configuración
mediante la utilización del coeficiente de
intensidad de tensión K, un parámetro estructural
que interrelaciona las tensiones locales presentes
en la zona del borde de la grieta con (a)
la geometría de la grieta, (b) la geometría estructural
y (c) el nivel de carga de la estructura.
La grieta se propaga en respuesta a la
carga cíclica aplicada a la estructura. Cualquier
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grieta se propagará un cierto incremento (Δa) si
es sometida a un cierto número de ciclos (ΔN), a
Δ a
una velocidad medida mediante .
ΔN
Si la longitud de la grieta alcanza un valor
crítico (a cr ) la propagación se hace inestable,
induciendo al agotamiento. La vida (N F ) es la
medida de los ciclos acumulados necesarios
para llevar a la grieta desde su longitud inicial a i
a la longitud crítica a cr . La interrelación entre la
longitud de la grieta, la carga y la resistencia
residual de la estructura se ilustra en la figura 3
(de [4]). Como se muestra en la figura 3, el
aumento monótono de la longitud de la grieta
está inducido por una secuencia continua de cargas
cíclicas. Se observa que la resistencia residual
(σ res , es decir, la capacidad de carga de la
estructura fracturada), aumenta monótonamente
con el aumento de la longitud de la grieta, de
acuerdo con una expresión del tipo:
donde:
σ res = K c /f(a) (2)
K c es una propiedad del material, llamada
tenacidad, que es una constante para una geometría
en particular
f(a) = Y(a) π a es una propiedad estructural
(el coeficiente de intensidad de tensión).
Cuando la resistencia residual se reduce al
nivel de la tensión máxima de la historia de la
carga de servicio se produce la rotura. La longitud
de la grieta asociada a la rotura (es decir, a cr ) se
determina resolviendo la ecuación (2) para la longitud
de la grieta, asumiendo que la resistencia
residual es igual al nivel máximo de la tensión del
espectro o que es igual al nivel de la tensión de la
carga límite calculada (el que sea mayor). Resulta
interesante observar que la velocidad de propagación
de la grieta está directamente relacionada
con el índice de la pérdida de la resistencia residual
por medio de la ecuación (2), lo que, por
tanto, justifica la elección de la longitud de la grieta
como el parámetro principal para la cuantificación
de los daños de fatiga estructurales.