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