La mecánica de fractura es una rama relativamente nueva de la ciencia de los materiales que busca cuantificar las combinaciones criticas de tensión y tamaño de fisura que produzcan la extensión de la misma.
Su desarrollo fue impulsado por la ocurrencia de fallas catastróficas en diferentes campos, de gran importancia económica y con pérdida de vidas en algunos casos.
Las fisuras pueden también crecer en forma lenta hasta alcanzar un tamaño crítico por mecanismos como fatiga, influencia del medio ambiente y creep, y en estos casos los enfoques tradicionales encuentran dificultad en dar respuesta.
El objetivo de este libro es dar un panorama ordenado y actualizado de la mecánica de fractura, así como introducir al lector en las metodologías de su aplicación a la integridad de estructuras fisuradas. Está dirigido a profesionales y estudiantes de grado y posgrado de la ingeniería que deban enfrentarse a problemas relacionados con presencia de fisuras en medios sometidos a esfuerzos.
PRÓLOGO
INTRODUCCIÓN Y RESEÑA HISTÓRICA
1. MECÁNICA DE FRACTURA LINEAL ELÁSTICA
Balance energético de Griffith
Modos de apertura de las superficies de una fisura
El factor de intensidad de tensiones
Limitaciones del criterio KIC
Determinación experimental de la tenacidad a la fractura
Ensayo KIC
Apéndice: Métodos de cálculo del factor de intensidad de tensiones
2. EFECTO DE LA VELOCIDAD DE CARGA
Introducción
Efecto de la velocidad de deformación en el comportamiento a la fractura de los materiales
Ensayos de fractura dinámica cualitativos
Ensayos de tenacidad a la fractura dinámicos
Ensayos de arresto de fisuras
3. CRECIMIENTO DE FISURAS POR FATIGA
Introducción
Etapa I: iniciación de la fisuración
Etapa II: propagación de la fisura
Predicción de la vida útil de un componente
Efectos de sobrecargas y espectros de carga
Cierre de fisura (crack closure)
Interpretación del retardo que sigue a una sobrecarga
Fisuras "cortas"
4. FRACTURA POR INFLUENCIA DEL MEDIO
Introducción
Ensayos de ticmpo a la fractura (TTF)
Ensayos de velocidad de crecimiento de fisuras
Morfología de las fisuras
5. MECÁNICA DE FRACTURA ELASTOPLÁSTICA: CRITERIO CTOD
Introducción
El criterio CTOD
Definición flsica del CTOD
El uso dcl CTOD
Determinación cxperimental del CTOD
Limitaciones del modclo plastic hinge
Consideración de crecimicnto estable dc fisura
El CTOD de Schwalbe
6. MODELO ELASTOPLÁSTICO - CRITERIO J
Introducción
Campos de Hutchinson, Rice y Rosengreen
La intcgral J dc Ricc
Relación de J con K y CTOD
Determinación experimental de JIC
Curvas de resistencia JR
Validez de J
J modificado, JM
Inestabilidad por desgarre, módulo T
Descripción de las metodologias de ensayo de JIC y curvas JR
Métodos de medición de crecimiento estable de fisura
ASTM E813:89 Standard test method for JIC a measure oj fracture toughness
ASTM E 1152-87
Standard test methodjor determining J-R curves
Apéndice: Integral J: Definición matemática y significado flsico.
7. TRANSICIÓN DÚCTIL FRÁGIL
Introducción
Tcoría estadística
Métodos normalizados
El local approach
Advertcncia final
Apéndicc: La función distribución de Weibull.
8. EV ALUACIÓN DE INTEGRIDAD DE ESTRUCTURAS FISURADAS
Introducción
Etapa de proyecto
Filosofías de diseño a la falla
Selección de materiales
Evaluación de defectos existentes
Niveles de aceptación durante la construcción o la operación
Métodos de evaluación de defectos
Curva de diseño de CTOD
Failure assesssment diagram (FAD)
Metodología para el análisis estructural
Método EPRI
Engineering trealmenl model (ETM)
9. CRECIMIENTO DE FISURAS POR CREEP
Introducción
Caracterización de los campos de tensiones bajo creep secundario
Correlación de C* con el crecimiento de fisura
Comportamiento en tiempos cortos versus tiempos largos
El parámetro C" Creep primario
Método experimental para medición de velocidades de crecimiento de fisuras por creep en metales
Norma ASTM E 1457
Mecanismos de crecimiento de fisuras por creep
Crecimiento de fisuras por creep-fatiga