Modelado de grieta y estimación de vida en Fretting Fatiga mediante el Método de los Elementos Finitos Extendido X-FEM

Abstract

El Método de los Elementos Finitos (MEF) ha sido y es uno de los métodos numéricos más utilizados para la estimación de parámetros caracterizantes en Mecánica de la Fractura. En el caso de la Mecánica de la Fractura Elástico-Lineal (MFEL), existe una gran cantidad de métodos que permiten estimar el factor de intensidad de tensiones K (o equivalentemente, la tasa de liberación de energía G) a partir de un análisis de elementos finitos (EF). Este tipo de análisis ha permitido estudiar la propagación de grieta en fase II y la estimación de vida.

En los últimos años la aplicación del método de elementos finitos (X-FEM) ha demostrado ser una herramienta muy eficaz para el modelado numérico de grietas en MFEL, donde proporciona beneficios significativos en la elaboración de modelos numéricos de propagación de grietas. Las principales ventajas son que la malla de elementos finitos no necesita ajustarse a los límites de la grieta para modelar la discontinuidad geométrica, y, además, la regeneración de la malla no es necesaria en las simulaciones de crecimiento de la grieta. Por lo tanto, una única malla, que a menudo se genera con facilidad, puede ser utilizada para cualquier longitud de grieta y orientación.

Las aportaciones realizadas en esta Tesis están relacionadas con tres aspectos: el modelado del contacto con fricción de caras de grieta con X-FEM, el modelado de la orientación de propagación en fretting fatiga en casos de contacto completo y la estimación de vida, también en contacto completo. En estos dos últimos casos se ha realizado una correlación con los resultados obtenidos mediante ensayos experimentales.

En ciertos problemas de fatiga se pueden presentar situaciones de contacto entre caras de grieta a lo largo del ciclo, y por tanto, las grietas experimentan procesos de cierre con contacto entre sus caras. En esta Tesis se utiliza una formulación integral para establecer el contacto entre los segmentos de caras de grieta dentro de cada elemento.