En la presente investigación se estudia el comportamiento a la fractura de componentes
mecánicos bidimensionales sometidos a cargas cíclicas. El trabajo tiene como objetivo
general implementar un procedimiento flexible, basado en simulación numérica, capaz de
analizar el crecimiento de fisuras por fatiga en modo mixto I+II y se centra en el estudio de un
acero de alta resistencia denominado comercialmente Chronit T1-500 (DIN W N°: 1.8721). La
investigación tiene una componente experimental muy importante, a través de la cual se
realiza una caracterización completa del material estudiado. Para obtener datos
experimentales relevantes para la posterior implementación del modelo numérico, se
diseñaron probetas especiales tipo TDCB, capaces de capturar trayectorias suficientemente
largas y curvadas, representativas del modo mixto. En el trabajo se detalla todo el proceso de
diseño, fabricación y ensayo de las probetas utilizadas, así como las técnicas y equipos
empleados para medir la trayectoria de la fisura y sus parámetros de crecimiento, dentro de
ellos, un equipo pulsador de alta frecuencia y la técnica DIC, en combinación con software
CAD. La metodología experimental desarrollada constituye uno de los principales aportes del
trabajo. La componente numérica de la investigación se basa en el método XFEM, existente
en la plataforma utilizada ANSYS Mechanical APDL. Para implementar el procedimiento se
desarrollaron algoritmos y escribieron códigos en el lenguaje propio de la mencionada
plataforma. En este proceso, se estudiaron los parámetros más influyentes en la precisión de
los resultados y se establecieron los criterios para el cálculo de los factores de intensidad de
tensiones. Asimismo, fue necesario resolver dos problemas críticos del método XFEM: la
tendencia de la fisura a propagar dos veces por el mismo elemento y la tendencia de la fisura
a pasar por un nodo, situaciones no admitidas en el software utilizado. El procedimiento
implementado permite utilizar tres criterios diferentes para determinar la dirección de
propagación de la fisura, un modelo de crecimiento y dos criterios diferentes para determinar
el rango del factor de intensidad de tensiones equivalente. Adicionalmente, existe la
posibilidad de añadir fácilmente otros criterios y modelos nuevos, lo que constituye otro
importante aporte para esta y futuras investigaciones. La ecuación de NASGRO es el modelo
de crecimiento implementado que ofrece mejores resultados. Sin embargo, la obtención de
los cuatro parámetros que lo definen es una tarea compleja. En este sentido, se desarrolló e
implementó un novedoso algoritmo para la calibración de dicho modelo, basado en datos
experimentales y resultados numéricos. El procedimiento numérico se validó con los
resultados experimentales de cinco probetas tipo TDCB, obteniéndose una excelente
correspondencia. Finalmente, se aplicó con éxito en el análisis de dos probetas tipo TDCB
con diferentes espesores y en una palanca acodada usando dos materiales diferentes.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:PUCP/oai:tesis.pucp.edu.pe:20.500.12404/21072 |
| Date | 03 December 2021 |
| Creators | Berrios Barcena, David Reynaldo |
| Contributors | Franco Rodríguez, Rosendo |
| Publisher | Pontificia Universidad Católica del Perú, PE |
| Source Sets | Pontificia Universidad Católica del Perú |
| Language | Spanish |
| Detected Language | Spanish |
| Type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess, Atribución-CompartirIgual 2.5 Perú, http://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5/pe/ |
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