Fatigue crack growth prediction considering crack-tip plastic phenomena: limitations of current approaches and a novel methodology.

Abstract

Desde la perspectiva de la tolerancia al daño, la integridad estructural de componentes con defectos se evalúa siguiendo principios fitness-for-service. Por lo tanto, se acepta el crecimiento de grietas en fatiga (CGF) observado en componentes críticos sometidos a cargas oscilantes, siempre y cuando el fallo resultante no ocurra durante un periodo programado. En este marco, la predicción precisa del CGF es indispensable para tomar decisiones run/repair/replace acertadas y diseñar planes de inspección fiables. Dicha predicción precisa implica considerar la influencia de fenómenos plásticos de punta de grieta inherentes a los metales dúctiles ampliamente empleados en aplicaciones estructurales. En general, el CGF se predice por medio de un esquema iterativo basado en la integración de una ley de crecimiento, la cual relaciona la velocidad de propagación de grieta con un parámetro de fractura gobernante que se postula como la fuerza motriz de la propagación de grieta. El rango efectivo del factor de intensidad de tensiones (ΔKeff) es el parámetro de fractura gobernante más popular. ΔKeff se estima en base al factor de intensidad de tensiones máximo (Kmax) que tiene en cuenta la acción de las cargas externas aplicadas, y la fuerza de apertura de grieta (Pop/Pmax), que incluye el efecto del cierre de grieta por plasticidad (PICC por sus siglas en inglés) que ocurre en la estela de grieta. Ambas variables que intervienen en ΔKeff pueden determinarse en base a una amplia variedad de enfoques, desde aproximaciones analíticas en base a expresiones de forma cerrada a métodos numéricos en base a dos modelos de elementos finitos paralelos.