Estudio analítico y numérico de probetas agrietadas sometidas a tensión
DOI:
https://doi.org/10.33064/iycuaa2024914481Palabras clave:
ANSYS, longitud de grieta, MEF, campo de esfuerzos, bidimensional, SIFResumen
Este trabajo describe la evaluación analítica del Factor de Intensidad de Esfuerzo (SIF) para cuatro especímenes, sometidos a una tensión de 15 MPa y una longitud de grieta de 25 mm. Posteriormente, con ayuda del programa ANSY S® se realizan las simulaciones numéricas donde se obtiene el SIF, para los especímenes estudiados analíticamente. Adicionalmente, se muestran los campos de esfuerzos σx, σy, τxy, σMax, min y σVon Mises cercanos a la punta de la fisura. A continuación, se calcula el porcentaje de variación de los análisis antes realizados, con resultados positivos en todos los casos (< 0.4 %). Por lo que se puede aseverar que es confiable el uso del Método de Elementos Finitos (MEF) a través del programa ANSYS®, para la solución de problemas en fractura. Además, de que el trabajo numérico realizado puede proporcionar algunas pautas para mejorar la estimación del SIF en problemas bidimensionales.
Descargas
Métricas
Citas
• De León, V., González, V. L., Rosete, J. C., & de León, N. (2018). Mecánica de materiales: Teoría y aplicaciones. Grupo Editorial Patria.
• Farahmand, B. (2001). Linear Elastic Fracture Mechanics (LEFM) and Applications. En Fracture Mechanics of Metals, Composites, Welds, and Bolted Joints: Application of LEFM, EPFM, and FMDM Theory (pp. 52-117). Boston, MA: Springer US. https://doi.org/10.1007/978-1-4615-1585-2_2
• German-Carcaño, J. M., Romero-Ángeles, B., Martínez-Reyes, J., Diaz-Léon, C., & Urriolagoitia-Sosa, G. (2019, septiembre). Corroboración numérica (MEF) del factor de intensidad de esfuerzo en una placa con grieta en el centro en Modo I de carga. Presentado en 14 Congreso Científico–Tecnológico de las Carreras de Ingeniería (Ime, Industrial e Itse), Ciudad de México, México. https://www.cuautitlan.unam.mx/memorias_cct.html
• Glodež, S., & Aberšek, B. (2020). The Life of Cracks: Theory and Application. Cambridge Scholars Publishing. Recuperado de https://books.google.com.mx/books?id=kLzxDwAAQBAJ
• Gómez, L. H. H., Calderón, G. U., Sosa, G. U., Pineda, J. M. S., Cruz, E. A. M., & García, J. F. G. (2009). Assessment of the structural integrity of cracked cylindrical geometries applying the EVTUBAG program. Revista Técnica de La Facultad de Ingeniería. Universidad Del Zulia, 32(3). Recuperado de https://produccioncientificaluz.org/index.php/tecnica/article/view/6676
• González-Velázquez, J. L. (2020). A Practical Approach to Fracture Mechanics. Elsevier Science. Recuperado de https://books.google.com.mx/books?id=8njhDwAAQBAJ
• Guo, W., Zhang, J., & Guo, W. (2021). Two-dimensional weight function of stress intensity factors for corner cracks emanating from a circular hole. Engineering Fracture Mechanics, 252, 107821. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2021.107821
• Han, Z., Cheng, C., Yao, S., & Niu, Z. (2019). Determination of stress intensity factors of V-notch structures by characteristic analysis coupled with isogeometric boundary element method. Engineering Fracture Mechanics, 222, 106717. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2019.106717
• Hellen, T. K. (1989). Virtual crack extension methods for non-linear materials. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 28(4), 929-942. https://doi.org/10.1002/nme.1620280414
• Hibbeler, R. C. (2006). Mecanica de Materiales. Pearson Educación.
• Hiroshi, T. (1971). A note on the finite width corrections to the stress intensity factor. Engineering Fracture Mechanics, 3(3), 345-347. https://doi.org/10.1016/0013-7944(71)90043-9
• Jin, P., Liu, Z., Wang, X., & Chen, X. (2022). Three-Dimensional analysis of mixed mode Compact-Tension-Shear (CTS) Specimens: Stress intensity Factors, T-stresses and crack initiation angles. Theoretical and Applied Fracture Mechanics, 118, 103218. https://doi.org/10.1016/j.tafmec.2021.103218
• Kapp, J. A. Newman, J. C. y Underwood, J. H. (1980). A wide range stress intensity factor expression for the c-shaped specimen, Journal of Testing and Evaluation. Journal of Testing and Evaluation, 8(6), 314-317.
• Lancaster, J. (2005). The technical background. Engineering Catastrophes, 139-189. https://doi.org/10.1533/9781845690816.139
• Li, D., & Mao, Z. (2022). Experimental and numerical simulations on compound stress intensity factor of semi-elliptical cracks on the exchanger outer walls with inclined angles. Alexandria Engineering Journal, 61(7), 5065-5072. https://doi.org/10.1016/j.aej.2021.09.030
• Newman, J. C. (1981). Stress intensity factors and crack opening displacements for round compact specimens. International Journal of Fracture, 17.
• Newman, J. C., Aeronautics, U. States. N., Administration, S., & Center, L. R. (1971). An Improved Method of Collocation for the Stress Analysis of Cracked Plates with Various Shaped Boundaries. NASA Technical Note, D-6376.
• Nianga, J.-M., Mejni, F., Kanit, T., Imad, A., & Li, J. (2019). Mode I stress intensity factor and T-stress by exponential matrix method. Theoretical and Applied Fracture Mechanics, 103, 102287. https://doi.org/10.1016/j.tafmec.2019.102287
• Owen, D. R. J., & Fawkes, A. J. (1983). Engineering Fracture Mechanics: Numerical Methods and Applications. Pineridge Press.
• Paarmann, M., & Sander, M. (2020). Analytical determination of stress intensity factors in thick walled thermally loaded components. Engineering Fracture Mechanics, 235, 107125. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2020.107125
• Perez, N. (2017). Linear-Elastic Fracture Mechanics. En Fracture Mechanics (pp. 79-130). Cham: Springer International Publishing. https://doi.org/10.1007/978-3-319-24999-5_3
• Rybicki, E. F., & Kanninen, M. F. (1977). A finite element calculation of stress intensity factors by a modified crack closure integral. Engineering Fracture Mechanics, 9(4), 931-938. https://doi.org/10.1016/0013-7944(77)90013-3
• Saito, K., Hirashima, T., Ma, N., & Murakawa, H. (2021). Characteristic-tensor method for efficient estimation of stress-intensity factors of three-dimensional cracks. Engineering Fracture Mechanics, 257, 108016. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2021.108016
• Sun, C. T., & Jin, Z.-H. (2012). The Elastic Stress Field around a Crack Tip. Fracture Mechanics, 25-75. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-385001-0.00003-1
• Surendran, M., Natarajan, S., Palani, G. S., & Bordas, S. P. A. (2019). Linear smoothed extended finite element method for fatigue crack growth simulations. Engineering Fracture Mechanics, 206, 551-564. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2018.11.011
• Takaki, Y., & Gotoh, K. (2020). Approximate weight functions of stress intensity factor for a wide range shapes of surface and an embedded elliptical crack. Marine Structures, 70, 102696. https://doi.org/10.1016/j.marstruc.2019.102696
• Yakovlev, M. (2022). Stress intensity factors in the specimen with a surface semi-elliptical defect. Procedia Structural Integrity, 42, 1619-1625. https://doi.org/10.1016/j.prostr.2022.12.204
• Yuan, H., Liu, W. J., & Xie, Y. J. (2019). Mode-I stress intensity factors for cracked special-shaped shells under bending. Engineering Fracture Mechanics, 207, 131-148. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2018.12.026
• Zhang, B., Xu, W., & Wu, X.-R. (2022). Weight function method and stress intensity factor for two unsymmetric through-thickness and quarter-elliptical corner cracks at circular hole. Engineering Fracture Mechanics, 264, 108361. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2022.108361
• Zvyagin, A. V., Luzhin, A. A., Smirnov, N. N., Shamina, A. A., & Shamin, A. Y. (2021). Stress intensity factors for branching cracks in space structures. Acta Astronautica, 180, 66-72. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2020.12.007
Descargas
Publicado
Licencia
Derechos de autor 2024 Jesús Manuel German-Carcaño, Guillermo Urriolagoitia-Sosa, Beatriz Romero-Ángeles, Daniel Maya-Anaya, Arturo Sánchez-Cervantes, Martín Iván Correa-Corona, Guillermo Manuel Urriolagoitia-Calderón
Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-CompartirIgual 4.0.
Las obras publicadas en versión electrónica de la revista están bajo la licencia Creative Commons Atribución-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)
