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Análisis comparativo de diferentes modelos de propagación de grieta por fatiga utilizando el método de elementos de contorno

Resumen

En el presente trabajo se analizan diferentes modelos matemáticos que predicen la propagación de grieta por fatiga, utilizando los lineamientos de la mecánica de la fractura lineal elástica. Para el análisis de los cuerpos agrietados, se utiliza el método dual de elementos de contorno, mediante el cual se calculan los factores de intensidad de esfuerzo para computar las razones de crecimiento y el número de ciclos transcurrido, para un determinado tamaño de grieta. Se estudiaron 3 modelos específicos: El modelo de Paris, el modelo de Klesnil-Lucas y el modelo de Forman. Los resultados obtenidos se validan con literatura experimental y con el método de elementos finitos, en donde se evidencia que cada uno de los modelos analizados, representa de manera satisfactoria una parte diferente de la gráfica de crecimiento de grieta. El modelo de Klesnil-Lucas se acomoda de mejor manera a la zona cercana al umbral de fractura; el modelo de Paris representa la zona lineal o de crecimiento controlado de la grieta; mientras que el modelo de Forman reproduce la zona de fractura descontrolada o zona final en donde el factor de intensidad de esfuerzos se acerca a la tenacidad a la fractura típica del material. Finalmente se presenta una discusión sobre la aplicabilidad de cada modelo, el carácter conservativo de cada uno y se da una recomendación a utilizar el modelo de Klesnil-Lukas para simular el crecimiento completo de la grieta.