Title
Experimental and numerical analysis of fatigue crack propagation path using XFEM
Other title
[Análisis experimental y numérico de la trayectoria de propagación de fisuras por fatiga utilizando XFEM]
Date Issued
01 October 2018
Access level
open access
Resource Type
journal article
Author(s)
Publisher(s)
Centro de Informacion Tecnologica
Abstract
In this work the experimental results of the fatigue crack propagation path on five high strength steel specimens are presented. It was necessary to define the geometry of the test specimens and to implement a procedure to perform such tests, since no standards for the evaluation of the fatigue crack propagation path exist. The numerical simulation was developed in ANSYS Mechanical APDL environment using XFEM technology. Three criteria to determine the propagation direction were implemented: the Maximum Tangential Stress criterion (MTS), the Maximum Energy Release Rate criterion (MERR) and the Minimum Strain Energy Density criterion (SED). The three implemented criteria yield practically identical results, reaching a coefficient of determination R2 equal to 0.997 with respect to the experimental results, indicating that a strong correspondence between the experimental and numerical results exist.
Start page
19
End page
34
Volume
29
Issue
5
Language
Spanish
OCDE Knowledge area
Ingeniería mecánica
Ingeniería de materiales
Subjects
Scopus EID
2-s2.0-85056716373
Source
Informacion Tecnologica
ISSN of the container
07168756
Sponsor(s)
En los últimos años muchos investigadores han puesto su atención en el estudio del crecimiento de fisuras por fatiga. Palma et al. (2010), usaron conceptos de la mecánica de la fractura y la mecánica del daño continuo, en la simulación numérica de fisuras en materiales degradados por efecto de la fragilización por hidrogeno. Mróz (2010), realizó un estudio de los modelos de crecimiento de fisuras en condiciones de cargas en modo mixto. Así mismo, Richard et al. (2014), investigaron sobre las teorías, experimentos y simulaciones del crecimiento de fisuras sometidas a modos de carga combinada. Estos autores describen varios criterios para predecir la dirección de propagación de la fisura, tres de los cuales se utilizan en el presente trabajo y se detallan más adelante. Por otra parte, Andrade et al. (2015), estudiaron los diferentes modelos de crecimiento de fisuras por fatiga, con énfasis en la ley de Paris para la evaluación de la velocidad del crecimiento de fisuras en la etapa de crecimiento estable. Otros estudios presentan la simulación del efecto de plastificación en la propagación de fisuras por fatiga en modo mixto, en probetas CT con la ayuda de un taladro desviador (Ferreño et al., 2006). Ellos evaluaron la trayectoria de propagación de la fisura utilizando criterios tradicionales para predecir la dirección de propagación. Ayatollahi et al. (2015), realizaron un estudio experimental y numérico de la influencia del taladro desviador en la propagación de fisuras, usaron la ecuación de Nasgro para el crecimiento y el criterio de la máxima tensión tangencial para la determinación de la carga equivalente para modos de carga mixto I+II. Estos autores comprobaron un retardo del crecimiento de fisuras en probetas CT de Aluminio. Martins et al. (2016), evaluaron experimental y numéricamente el crecimiento de fisuras por fatiga para dos tipos de aceros inoxidables austeníticos, el AISI 316L y un acero de alta resistencia al Cr-Mn. Los autores usaron métodos ópticos en la evaluación del crecimiento en probetas delgadas CT y el FEM para el cálculo de los factores de intensidad de tensiones en modos I y III. Shariati et al. (2016), realizaron un análisis experimental y numérico del crecimiento de fisuras por fatiga en recipientes a presión de paredes gruesas de material Ck45, evaluaron la trayectoria de propagación de fisuras semielípticas y aplicaronn la ley de Paris en la evaluación del crecimiento. En estos análisis usaron el método de los elementos de contorno tridimensionales para la simulación numérica. Silva et al. (2017), realizaron un estudio experimental para determinar los factores de intensidad de tensiones en un acero estructural, usaron probetas CT con un taladro desviador para producir modos de carga mixto. En este trabajo aplicaron la técnica de correlación digital de imágenes para la detección de trayectorias producidas por fatiga, usaron la ley de Paris y el criterio de Tanaka para evaluar el crecimiento en modos I+II.
Institute of Infection and Immunity
Sources of information:
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