Análisis del plano crítico

Análisis del plano crítico se refiere al análisis de tensiones o deformaciones tal como son experimentadas por un plano particular en un material, así como a la identificación de qué plano es probable que experimente el daño más extremo. El análisis del plano crítico es ampliamente utilizado en ingeniería para tener en cuenta los efectos de historiales de carga cíclica y multiaxial en la vida a fatiga de materiales y estructuras.[1]​[2]​[3]​[4]​ Cuando una estructura está bajo carga multiaxial cíclica, es necesario utilizar criterios de fatiga multiaxial que tengan en cuenta la carga multiaxial. Si la carga multiaxial cíclica no es proporcional, es obligatorio utilizar un criterio de fatiga multiaxial adecuado. Los criterios multiaxiales basados en el Método del Plano Crítico son los criterios más efectivos.[5]​

Para el caso de tensión plana, la orientación del plano puede especificarse mediante un ángulo en el plano, y las tensiones y deformaciones que actúan sobre este plano pueden calcularse mediante el círculo de Mohr. Para el caso general en 3D, la orientación puede especificarse mediante un vector normal unitario del plano, y las tensiones y deformaciones asociadas pueden calcularse mediante una ley de transformación de coordenadas tensoriales.

Animación que muestra una serie de orientaciones de grietas, cada una de las cuales se evalúa para la vida a fatiga durante el análisis del plano crítico

La principal ventaja del análisis del plano crítico sobre enfoques anteriores como la regla de Sines, o como la correlación con la tensión principal máxima o la densidad de energía de deformación, es la capacidad de tener en cuenta el daño en planos específicos del material. Esto significa que los casos que involucran múltiples entradas de carga desfasadas o cierre de grietas pueden tratarse con alta precisión. Además, el análisis del plano crítico ofrece la flexibilidad de adaptarse a una amplia gama de materiales. Los modelos de plano crítico para metales[6]​ y polímeros[7]​ son ampliamente utilizados.

Historia

Los procedimientos modernos para el análisis del plano crítico se remontan a investigaciones publicadas en 1973, en las que M. W. Brown y K. J. Miller observaron que la vida a fatiga bajo condiciones multiaxiales está gobernada por la experiencia del plano que recibe el mayor daño, y que tanto las cargas de tracción como de cortante en el plano crítico deben considerarse.[8]​[9]​

Referencias

  1. ↑ Fatemi, A.; Socie, D. F. (1988). «A Critical Plane Approach to Multiaxial Fatigue Damage Including Out-Of-Phase Loading.». Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures 11 (3): 149-165. doi:10.1111/j.1460-2695.1988.tb01169.x. 
  2. ↑ Park, J.; Nelson, D. (2000). «Evaluation of an energy-based approach and a critical plane approach for predicting constant amplitude multiaxial fatigue life.». International Journal of Fatigue 22 (1): 23-39. doi:10.1016/S0142-1123(99)00111-5. 
  3. ↑ Susmel, L. (2010). «A simple and efficient numerical algorithm to determine the orientation of the critical plane in multiaxial fatigue problems.». International Journal of Fatigue 32 (11): 1875-1883. doi:10.1016/j.ijfatigue.2010.05.004. 
  4. ↑ Draper, John. Modern metal fatigue analysis. EMAS, 2008.
  5. ↑ Socie, D. F.;Marquis, G. B. (2000). Multiaxial Fatigue.Ed. SAE International, USA.
  6. ↑ Glinka, G.; Shen, G.; Plumtree, A. (1995). «A multiaxial fatigue strain energy density parameter related to the critical fracture plane.». Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures 18 (1): 37-46. doi:10.1111/j.1460-2695.1995.tb00140.x. 
  7. ↑ Barbash, Kevin P.; Mars, William V. (2016). «Critical Plane Analysis of Rubber Bushing Durability under Road Loads». SAE Technical Paper. SAE Technical Paper Series. 2016-01-0393. doi:10.4271/2016-01-0393. 
  8. ↑ Francois, Dominique (2006). «Obituary». Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures (FFEMS) 29 (8): 655-657. doi:10.1111/j.1460-2695.2006.01058.x. 
  9. ↑ Brown, M. W.; Miller, K. J. (1973). «A theory for fatigue failure under multiaxial stress-strain conditions». Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers 187 (1): 745-755. doi:10.1243/PIME_PROC_1973_187_161_02. 

Enlaces externos

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