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Análisis del plano crítico

El análisis del plano crítico se refiere al análisis de tensiones o deformaciones tal como las experimenta un plano particular en un material, así como a la identificación de qué plano es probable que experimente el daño más extremo . El análisis del plano crítico se utiliza ampliamente en ingeniería para tener en cuenta los efectos de los historiales de cargas cíclicas y multiaxiales sobre la vida a fatiga de materiales y estructuras. [1] [2] [3] [4] Cuando una estructura está bajo carga multiaxial cíclica, es necesario utilizar criterios de fatiga multiaxial que tengan en cuenta la carga multiaxial. Si la carga multiaxial cíclica no es proporcional, es obligatorio utilizar un criterio de fatiga multiaxial adecuado. Los criterios multiaxiales basados ​​en el Método del Plano Crítico son los criterios más eficaces. [5]

Para el caso de tensión plana, la orientación del plano puede especificarse mediante un ángulo en el plano, y las tensiones y deformaciones que actúan en este plano pueden calcularse mediante el círculo de Mohr . Para el caso general 3D, la orientación se puede especificar mediante un vector unitario normal del plano, y las tensiones y deformaciones asociadas se pueden calcular mediante una ley de transformación de coordenadas tensoriales .

Animación que muestra una serie de orientaciones de grietas, cada una de las cuales se evalúa para determinar su vida útil durante el análisis del plano crítico.

La principal ventaja del análisis del plano crítico sobre enfoques anteriores como la regla de los senos, o la correlación contra la tensión principal máxima o la densidad de energía de deformación , es la capacidad de tener en cuenta el daño en planos de materiales específicos. Esto significa que los casos que involucran múltiples entradas de carga desfasadas o cierre de grietas se pueden tratar con alta precisión. Además, el análisis del plano crítico ofrece la flexibilidad de adaptarse a una amplia gama de materiales. Los modelos de plano crítico tanto para metales [6] como para polímeros [7] son ​​ampliamente utilizados.

Historia

Los procedimientos modernos para el análisis del plano crítico se remontan a una investigación publicada en 1973 en la que MW Brown y KJ Miller observaron que la vida a fatiga en condiciones multiaxiales está gobernada por la experiencia del plano que recibe el mayor daño, y que tanto las cargas de tensión como las de corte en el plano crítico. Se debe considerar el plano. [8] [9]

Referencias

  1. ^ Fatemi, A.; Sociedad, DF (1988). "Un enfoque de plano crítico para el daño por fatiga multiaxial, incluida la carga fuera de fase". Fatiga y fractura de estructuras y materiales de ingeniería . 11 (3): 149–165. doi :10.1111/j.1460-2695.1988.tb01169.x.
  2. ^ Parque, J.; Nelson, D. (2000). "Evaluación de un enfoque basado en energía y un enfoque de plano crítico para predecir la vida por fatiga multiaxial de amplitud constante". Revista Internacional de Fatiga . 22 (1): 23–39. doi :10.1016/S0142-1123(99)00111-5.
  3. ^ Susmel, L. (2010). "Un algoritmo numérico simple y eficiente para determinar la orientación del plano crítico en problemas de fatiga multiaxial". Revista Internacional de Fatiga . 32 (11): 1875–1883. doi :10.1016/j.ijfatigue.2010.05.004.
  4. ^ Pañero, John. Análisis moderno de fatiga de metales. EMAS, 2008.
  5. ^ Sociedad, DF; Marquis, GB (2000). Fatiga multiaxial.Ed. SAE Internacional, Estados Unidos.
  6. ^ Glinka, G.; Shen, G.; Plumtree, A. (1995). "Un parámetro de densidad de energía de deformación por fatiga multiaxial relacionado con el plano crítico de fractura". Fatiga y fractura de estructuras y materiales de ingeniería . 18 (1): 37–46. doi :10.1111/j.1460-2695.1995.tb00140.x.
  7. ^ Barbash, Kevin P.; Marte, William V. (2016). "Análisis del plano crítico de la durabilidad de los casquillos de caucho bajo cargas de carretera". Documento técnico SAE . Serie de artículos técnicos SAE. 2016-01-0393. doi :10.4271/2016-01-0393.
  8. ^ Francois, Dominique (2006). "Obituario". Fatiga y fractura de estructuras y materiales de ingeniería . 29 (8). FFEMS: 655–657. doi : 10.1111/j.1460-2695.2006.01058.x .
  9. ^ Marrón, MW; Miller, KJ (1973). "Una teoría para la falla por fatiga en condiciones de tensión-deformación multiaxiales". Actas de la Institución de Ingenieros Mecánicos . 187 (1): 745–755. doi :10.1243/PIME_PROC_1973_187_161_02.

enlaces externos