Mecánica de fracturas estructurales

Campo de la ingeniería estructural

Modelo de mecánica de fractura estructural.

La mecánica de fracturas estructurales es el campo de la ingeniería estructural que se ocupa del estudio de estructuras portantes que incluyen uno o varios componentes dañados o averiados. Utiliza métodos de mecánica analítica de sólidos , ingeniería estructural, ingeniería de seguridad , teoría de la probabilidad y teoría de catástrofes para calcular la carga y la tensión en los componentes estructurales y analizar la seguridad de una estructura dañada.

Existe una analogía directa entre la mecánica de fracturas de sólidos y la mecánica de fracturas estructurales:

Existen diferentes causas para el fallo del primer componente:

1. sobrecarga mecánica , fatiga (material) , escenario imprevisto, etc.
2. “intervención humana”, como un comportamiento poco profesional o un ataque terrorista.

Hay dos escenarios típicos:

1. Una falla localizada NO provoca el colapso inmediato de toda la estructura.
2. Toda la estructura falla inmediatamente después de que uno de sus componentes falla.

Si la estructura no colapsa inmediatamente, existe un período de tiempo limitado hasta que se produzca una falla estructural catastrófica de toda la estructura. Existe un número crítico de elementos estructurales que define si el sistema tiene capacidad de reserva o no. ^{[ cita requerida ]}

Los ingenieros de seguridad utilizan el fallo del primer componente como indicador y tratan de intervenir durante el período de tiempo dado para evitar la catástrofe de toda la estructura. Por ejemplo, la metodología “Fuga antes de rotura” ^[1] significa que se descubrirá una fuga antes de que se produzca un fallo catastrófico de todo el sistema de tuberías durante el servicio. Se ha aplicado a recipientes a presión, tuberías nucleares, gasoductos y oleoductos, etc.

Los métodos de mecánica de fracturas estructurales se utilizan como cálculos de verificación para estimar la sensibilidad de una estructura a las fallas de sus componentes. ^{[ cita requerida ]}

Modelo de fallo catastrófico y capacidad de reserva de un sistema complejo. El modelo ^[2] supone que el fallo de varios elementos provoca la sobrecarga de los elementos vecinos. La ecuación del modelo muestra la relación entre las tensiones locales y externas. La ecuación es similar al comportamiento de la catástrofe de cúspide. La teoría predice la capacidad de reserva del sistema complejo y la tensión externa crítica.

La falla de un sistema complejo con redundancia paralela se puede estimar basándose en las propiedades probabilísticas de los elementos del sistema.

Véase también

• Fallo catastrófico  : Fallo repentino y total del cual la recuperación es imposible.
• Teoría de catástrofes  – Área de las matemáticas
• Mecánica de fracturas  – Estudio de la propagación de grietas en materiales
• Seguridad nuclear y protección  : normativa para el uso de materiales radiactivos
• Colapso progresivo  – Tipo de colapso de un edificio
• Ingeniería de seguridad  : disciplina de ingeniería que garantiza que los sistemas diseñados proporcionen niveles aceptables de seguridad.
• Integridad estructural y falla  : capacidad de una estructura para soportar una carga estructural diseñada sin romperse.

Referencias

1. Aplicabilidad del concepto de fuga antes de la rotura. Informe del Programa extrapresupuestario del OIEA sobre la seguridad de las centrales nucleares WWER-440 Modelo 230, 1993
2. Kokcharov I. Evaluación de la probabilidad de falla de estructuras redundantes paralelas. Mecánica de fracturas teórica y aplicada, volumen 36, número 2, septiembre-octubre de 2001, páginas 109-114