Una aproximación a la propagación de fisuras por fatiga a través de la integral J

Abstract

La propagación de fisuras en materiales sometidos a cargas oscilantes, también conocida como fatiga de materiales, ha sido un fenómeno ampliamente estudiado a lo largo del pasado siglo. Probablemente, los dos avances más sobresalientes al respecto han sido las curvas S-N, que nos dan el número de ciclos que para una variación de tensiones determinada es capaz de resistir el material antes de la rotura, y la ley de Paris, que para un material determinado establece la propagación de la fisura por cada ciclo de carga. Esta última tiene un carácter empírico y se ve afectada por una serie de factores como la relación entre la carga mínima y la máxima, la microestructura del material, la frecuencia de la carga o el ambiente en el que trabaja el material. En este artículo se plantea y valida un modelo teórico de propagación de fisuras por fatiga, que para el caso particular de carga mínima nula coincide con la Ley de Paris. Además se justifica el efecto que algunos de los factores mencionados tienen en el proceso de propagación. El modelo se ha aplicado a un acero con el objetivo de validar su aplicación a situaciones prácticas.

The phenomenon of crack propagation in materials subjected to variable loads has been widely studied during the last century. Probably the most important advances in this field are the S-N curves, which provide the number of cycles causing failure for a certain stress variation, and the Paris law, which for a certain material, provides the crack propagation per loading cycle. This law has an empiric nature and is affected by several factors such as the stress ratio, the material’s microstructure, the frequency of the applied load or the environment where the material works. In this paper, a theoretical model of crack propagation caused by fatigue is proposed which, for a particular case (when the minimum load is null), coincides with the Paris law. Besides, the effect on the propagation process of some of the factors previously mentioned is also justified. The model has been applied to a steel in order to analyse its application to practical situations.