Estudio paramétrico y análisis numérico-estadístico del crecimiento de grieta en recipientes a presión de pared delgada sometidos a cargas térmicas mediante un diseño de experimentos unifactorial

Abstract

La integridad estructural de los recipientes a presión es crítica en la industria, especialmente cuando se ven sometidos a la presencia de defectos tipo grieta bajo condiciones combinadas de carga mecánica y térmica. En este proyecto se realizó un estudio paramétrico para determinar qué parámetro influye mayormente en el crecimiento de una grieta ya existente en el recipiente a presión horizontal de pared delgada, por medio del Factor de Intensidad de Esfuerzos (K_I), mediante el método de elementos finitos en ANSYS, a partir de un modelo generado en SolidWorks, con el fin de representar computacionalmente el comportamiento de la grieta sometida a diferentes tipos de cargas. Los resultados obtenidos permiten establecer la sensibilidad del parámetro K_I corregido por la plasticidad, ante variaciones de presión, temperatura y profundidad de la grieta. Utilizando un diseño de experimentos unifactorial que nos indicará cuál es el parámetro con mayor impacto en la propagación de la grieta, para determinar niveles críticos que afectan la integridad estructural. Los resultados obtenidos permiten establecer la presión como el factor más influyente con un 99.3%, el factor de profundidad un 0.38% y el factor térmico un 0.29%. Esta metodología ayudará en la industria a identificar mejor las condiciones de crecimiento de la grieta, por medio del análisis computacional de la mecánica de fractura el cual ha sido aceptado como un buen reemplazo para las pruebas piloto y los ensayos de laboratorio.