Mecánica de fractura estructural

Campo de la ingeniería estructural.

Modelo de mecánica de fractura estructural.

La mecánica de fractura estructural es el campo de la ingeniería estructural que se ocupa del estudio de estructuras que soportan cargas que incluyen uno o varios componentes fallados o dañados. Utiliza métodos de mecánica analítica de sólidos , ingeniería estructural, ingeniería de seguridad , teoría de 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 fractura de sólidos y la mecánica de fractura estructural:

Existen diferentes causas del fallo del primer componente:

1. Sobrecarga mecánica , fatiga (material) , escenario imprevisto, etc.
2. “intervención humana” como comportamiento no profesional o un ataque terrorista.

Hay dos escenarios típicos:

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

Si la estructura no colapsa inmediatamente hay 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 definen si el sistema tiene capacidad de reserva o no. ^{[ cita necesaria ]}

Los ingenieros de seguridad utilizan el fallo del primer componente como indicador e intentan intervenir durante el periodo de tiempo indicado 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 una falla catastrófica de todo el sistema de tuberías en servicio. Se ha aplicado a recipientes a presión, tuberías nucleares, oleoductos y gas, etc.

Los métodos de mecánica de fractura estructural se utilizan como cálculos de verificación para estimar la sensibilidad de una estructura a la falla de sus componentes. ^{[ cita necesaria ]}

Modelo de falla catastrófica 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 catástrofe cúspide. La teoría predice la capacidad de reserva del sistema complejo y la tensión externa crítica.

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

Ver también

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

Referencias

1. Aplicabilidad del concepto de fuga antes de 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 paralelas redundantes. Mecánica de fracturas teórica y aplicada, volumen 36, número 2, septiembre-octubre de 2001, páginas 109-114