7/18/2019 Mecanica de la fractura

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DEPARTAMENTO DE ENERGIA Y MECANICA

INGENIERIA MECATRONICA

PROYECTO INTEGRADOR I

MARCO TEORICO

TEMA: MECANICA DE LA FRACTURA

AUTORES:

PILATASIG JUAN

SALAZAR PABLO

QUINTERO ANDRES

TIPAN DIEGO

DIRECTOR: ING. MARIO LARA

LATACUNGA, MAYO DEL 2015

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Mecánica de la fractura:

La mecánica de la fractura es la disciplina que se ocupa el comportamiento de los

materiales que contiene grietas u otras imperfecciones. El término “imperfección”  noindica defectos a nivel atómico como vacancias o dislocaciones. Lo que se desea

conocer es el esfuerzo máximo que puede resistir un material, si contieneimperfecciones de cierto tamaño o geometría. La tenacidad a la fractura mide la

capacidad de un material que contiene una imperfección para resistir una carga aplicada.

Obsérvese que para esto no se requiere una alta velocidad de deformación (impacto).

En ensayo normal de tenacidad a la fractura e puede aplicando un esfuerzo de tensión a

un espécimen preparado con una imperfección de tamaño y geometría conocidos el

esfuerzo aplicado al material se intensifica en la imperfecciones que funciona como

concentrador de esfuerzo. Para un caso sencillo, el factor de intensidad de esfuerzo k

√   

f= es un factor geometrico para el especimen y la imperfeccion.

σ= es el esfuerzo aplicado

a= es el tamaño de la imperfeccion.

Figura 1.Especimesde tenacidad a la fractura, con imperfecciones o grietas a) laterales y

b)internos.

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Modos de fractura

De acuerdo con Broek (1986), una grieta en un sólido puede verse sometida a tensión en

tres modos diferentes.

Modo I o modo de apertura, en el cual la grieta se abre debido a la aplicación detensiones normales al plano de fractura.

Modo II o modo deslizante, en el que debido a la aplicación de tensión cortante en el

 plano de fractura, se producen desplazamientos longitudinales de las superficies en

dicho plano y

Modo III o modo de rotura transversal que corresponde al desplazamiento de las

superficies de fractura en sentidos opuestos, debido a la aplicación de tensión cortante

en planos diferentes al plano de fractura.

La situación más compleja corresponde a una combinación de los tres modos de

agrietamiento anteriores, sin embargo, muchos casos prácticos, entre ellos las fracturas

en suelos por fenómenos de contracción, se pueden clasificar predominantemente en el

Modo I, por esta razón en las variables que se analizan, se utiliza el subíndice I para

denotar que se trata de este modo de apertura.

Figura 1. Modos de fractura

Tenacidad a la fractura

La tenacidad es una medida de la cantidad de energía que un material puede absorber

antes de fracturar. Evalúa la habilidad de un material de soportar un impacto sin

fracturarse.

Esta propiedad se valora mediante una prueba sencilla en una máquina de ensayos de

impacto.

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Hay dos métodos diferentes para evaluar esta propiedad. Se denominan ensayos de

Charpy y ensayo de Izod. La diferencia entre los dos radica en la forma como se

 posiciona la muestra. La probeta que se utiliza para ambos ensayos es una barra de

sección transversal cuadrada dentro de la cual se ha realizado una 

talla en forma de V

Tabla 1.tenacidad a la fractura en deformación plana, K de algunos materiales.

 Figura 3. Ensayo de tenacidad.

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Mecánica de la fractura elástico- plástico

La mayoría de los materiales de ingeniería muestran un comportamiento inelástico en

condiciones de funcionamiento que implican grandes cargas. En materiales como los

supuestos de la mecánica de la fractura lineal elástica no puede tener, es decir:

La zona de plástico en un extremo de la fisura puede tener un tamaño del mismo orden

de magnitud que el tamaño de grieta

El tamaño y la forma de la zona plástica puede cambiar a medida que la carga aplicada

es mayor y también a medida que aumenta la longitud grieta.

Por lo tanto una teoría más general de crecimiento de la grieta que se necesita para

elastoplástico de materiales que pueden tener en cuenta:

Las condiciones locales para el crecimiento de la grieta inicial, que incluyen la

nucleación, crecimiento y coalescencia de huecos o de cohesión en un extremo de la

grieta.

Un criterio global de balance de energía para crecimiento de la grieta más y fractura

inestable.

Curva de R

Un primer intento en la dirección de la mecánica de fractura elasto-plásticafue Irwin extensión de la fisura curva de resistencia o R de la curva. Esta curva se

reconoce el hecho de que la resistencia a la fractura aumenta con el tamaño de grieta

cada vez mayor en materiales elasto-plástico. El R-curva es un gráfico de la tasa de

disipación de energía total en función del tamaño de la grieta y se puede utilizar para

examinar los procesos de crecimiento lento grieta estable y fractura inestable. Sin

embargo, la R de la curva no fue ampliamente utilizada en aplicaciones hasta la década

de 1970. Las principales razones parece ser que la R de la curva depende de la

geometría de la muestra y la fuerza de romper la conducción puede ser difícil de

calcular .2

Integral J

A mediados de la década de 1960 J. R. Rice (entonces en la Universidad de Brown) y

GP Cherepanov desarrollado de manera independiente una medida de la dureza nuevos

 para describir el caso de que no es suficiente romper la punta de la deformación que la

 parte ya no obedece a la aproximación lineal-elástico. Análisis del arroz, lo que supone

no lineal elástico (o monótona la deformación de la teoría plástico) la deformación por

delante de la punta de la grieta, se designa la  J integral.5 Este análisis se limita a

situaciones en las que la deformación plástica en la punta de la grieta no se extiende

hasta el borde más alejado de la parte de carga. También exige que el supuesto

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comportamiento no lineal de elasticidad del material sea una aproximación razonable en

la forma y la magnitud de la respuesta de carga del material real. El parámetro de fallo

elástico-plástico es designado J Ic y que convencionalmente se convierte en

K Ic mediante la ecuación (3.1) del Apéndice de este artículo. También tenga en cuenta

que el enfoque integral J se reduce a la teoría de Griffith para el comportamiento

elástico-lineal.

 Aplicaciones en la ingeniería.

Los conocimientos en Mecánica de la Fractura son necesarios para predecir los

siguientes problemas:

Cargas aplicadas.

Tensiones residuales.

Tamaño y forma de las partes estructurales.

Tamaño, forma, localización y orientación de las posibles fracturas.

Generalmente no toda la información está disponible y las hipótesis conservativas no

son reales en muchos casos.

A veces se puede realizar un análisis post-mortem. En la ausencia de sobrecarga se

 puede buscar si ha habido insuficiente tenacidad en el material (KIc) o una fisura

excesiva no detectada durante la inspección.

Bibliografía.

Askeland, D. (s.f.). ciencia de los materiales- 4 edicion. En D. Askeland, ciencia de los

materiales- 4 edicion (pág. 1237).

monografias. (02 de 11 de 2012). mografias .com. Recuperado el 02 de 07 de 2015, de

http://www.monografias.com/trabajos46/fracturas-mecanicas/fracturas-

mecanicas2.shtml#ixzz3elK03N1F

wikipedia. (02 de febrero de 2012). wikipedia. Recuperado el 02 de 07 de 2015, de

https://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_de_la_fractura