Fracture mechanics parameters estimation of CCT specimens made of X 5 CrNi 18 10 steel

Estimación de los parámetros de mecánica de fractura de probetas CCT de acero X 5 CrNi 18 10

Este estudio investiga el comportamiento en fractura de probetas de acero inoxidable de alta ductilidad. El material investigado fue acero X 5 CrNi 18 10 y las probetas utilizadas en esta investigación se prepararon como probetas de tensión de fisura central (CCT). La fisuración previa de las probetas se realizó mediante carga cíclica controlada. Para determinar la integral J, uno de los parámetros importantes de la mecánica de fractura, se utilizó un método de probeta única con un procedimiento de carga y descarga. El mismo experimento se modeló numéricamente utilizando el software comercial de análisis de elementos finitos ANSYS. La técnica estándar de liberación de nodos se implementó en la simulación del método de elementos finitos para simular la propagación de la grieta. Los resultados obtenidos numéricamente se compararon con los obtenidos mediante el experimento.

INTRODUCCIÓN

Para un funcionamiento fiable de las estructuras y sus componentes durante el periodo de explotación, es crucial controlar de forma continua o periódica la integridad de la estructura. En la producción y durante la explotación, se puede encontrar una cierta cantidad de defectos en cualquier estructura. Es importante determinar cómo pueden influir esos defectos en la seguridad y fiabilidad de la explotación. Dado que la mecánica de la fractura se ocupa de la fractura y del comportamiento de fractura de los materiales, proporciona una metodología que puede utilizarse para evaluar la integridad estructural de los componentes que contienen tales defectos considerando las grietas en primer lugar. Para evaluar la integridad de las estructuras que contienen grietas, es importante cuantificar la fuerza pertinente que las provoca, de modo que pueda predecirse la capacidad de carga. Si se trata de componentes fabricados con materiales dúctiles, que generalmente presentan un crecimiento lento y estable de la grieta y que son capaces de proporcionar plasticidad a gran escala cerca de la punta de la grieta, esta fuerza impulsora de grieta se describe frecuentemente como integral J de contorno [1]. Se trata de un parámetro de la mecánica de fractura elástico-plástica adecuado para materiales que poseen baja resistencia y alta tenacidad, pero no es suficiente para describir completamente el comportamiento de fractura de dichos materiales [2], especialmente si hay crecimiento de grieta, porque la base del concepto de J-integral considera una grieta estacionaria [1] y su valor puede ser inexacto debido a la dependencia de la trayectoria de la grieta en crecimiento.  Por lo tanto, además de la integral J, los datos del crecimiento de la grieta deben obtenerse para permitir la construcción de la curva de resistencia a la grieta y si se cumplen ciertas condiciones geométricas y de tamaño [3], entonces la curva de resistencia a la grieta construida puede considerarse como una de las propiedades del material.