ASTM E647 Crecimiento de grieta da/dN y umbral ΔKth
El crecimiento de la grieta da/dN y el valor umbral ΔKth según la norma ASTM E647 son valores característicos del material de la mecánica de la fractura y se determinan bajo carga cíclica con amplitud constante.
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Curva de crecimiento de grieta
El crecimiento de grieta de un material se describe en la curva de crecimiento de grieta. Dicha curva se divide en tres regiones:
- Fase I: baja tasa de crecimiento de grieta, umbral ΔKth en el que el crecimiento de grietas apenas comienza
- Fase II: tasa constante de crecimiento de grieta, se describe matemáticamente con la línea recta de París, crecimiento de grieta por fatiga da/dN
- Fase III: alta tasa de crecimiento de grieta, termina con la fractura, factor crítico de intensidad de tensión K1C
Fases I y II de la curva de crecimiento de grietas
La norma ASTM E647 para la determinación del umbral ΔKth y el crecimiento de grieta por fatiga da/dN se refiere a las áreas I y II de la curva de crecimiento de grieta. El crecimiento de grieta según la norma ASTM E647 se determina principalmente en materiales dúctiles. Se distingue entre la determinación del valor umbral ΔKth (fase I) y el crecimiento de grieta por fatiga da/dN (fase II).
Ensayo de crecimiento de grietas según ASTM E647
El ensayo de crecimiento de grietas según la norma ASTM E647 se realiza en las denominadas probetas CT. Para ello, se utiliza una máquina de ensayos servohidráulica HA 250 kN. Los valores característicos determinados son el crecimiento de grieta da/dN y el umbral ΔKth.
Umbral ΔKth (Fase I) según ASTM E647
Para determinar el Umbral ΔKth según la norma ASTM E647, la probeta se solicita al principio del ensayo con cargas en el rango de generación de grietas o superior. La velocidad de crecimiento de grieta se ralentiza cada vez más a medida que se reduce cada vez más la amplitud de la carga. Al principio la grieta crece relativamente rápido, al final del ensayo el crecimiento de grieta se ralentiza cada vez más hasta que la grieta se detiene o al menos se alcanza una velocidad de grieta da/dN de 10-7 mm/carga alternante. Cuando se alcanza este punto, se puede determinar el ΔKth. Con este método se puede determinar el umbral ΔKth (fase I) y la recta de París (fase II).
En la norma ASTM E647 se describen dos métodos para la determinación del umbral:
a) Ensayo con un coeficiente de tensión R constante
Con los métodos con coeficiente de tensión constante, la intensidad de tensión máxima y mínima se reducen para disminuir la intensidad de tensión cíclica.
Para evitar los efectos de demora producidos por la reducción de la carga con el aumento de la longitud de la grieta, deben seleccionarse los incrementos de forma adecuada. La norma ASTM E647 permite realizar tanto una reducción escalonada como una reducción continua. En el caso de una reducción escalonada, las fuerzas (P) son constantes dentro de un incremento. Esto provoca un aumento a corto plazo de la intensidad de tensión por la grieta creciente, hasta que la carga se reduce de nuevo. De este modo, según la norma ASTM E647, la altura del escalón no debe superar el 10% de la carga superior o la anchura de los escalones debe ser de al menos 0,5 mm.
b) Ensayo con una intensidad de tensión máxima constante
Además de los métodos en los que la relación R se mantiene constante, en la norma ASTM E647 se permite un método con un factor de intensidad de tensión máxima constante. En este método para la determinación del umbral, partiendo de un factor de intensidad de tensión cíclicas alto, la intensidad de tensión mínima aumenta continuamente hasta alcanzar el umbral.
Crecimiento de grieta da/dN según ASTM E647 (fase II)
Para poder determinar el crecimiento de grieta estable da/dN según la norma ASTM E647 manteniendo la amplitud de carga, se mantienen constantes la Fmáx. y Fmín. durante todo el ensayo. Debido a la disminución de la sección transversal de carga y, por tanto, al aumento de la intensidad de la tensión en el pico de la grieta, se acelera la propagación de la grieta.
Con este análisis, se puede determinar la curva general de crecimiento de grieta (fase II) y la recta de París. No se puede determinar el umbral ΔKth.
¿Qué es la recta de París?
Se denomina recta de París al área central (fase II) de la curva de crecimiento de grieta.
El aumento constante de la longitud de la grieta por cambio de carga (da/dN) en relación con el factor de intensidad de la tensión cíclica dK se denomina curva de crecimiento de grieta. En el área central (fase II), la curva de crecimiento de grieta puede describirse matemáticamente con la ley de París:
Da/dN = C*(ΔK)m
Esta área también se denomina recta de París, porque gracias al crecimiento estable de la grieta en esta fase, la curva tiene una pendiente constante en la representación logarítmica.
Productos relacionados: Software
Para testXpert Research, existe un programa de ensayo específico para la determinación del crecimiento de grietas en la fase I y II de acuerdo con ASTM E647.
La especificación del ensayo se puede utilizar para realizar tanto la oscilación como la determinación de la curva de crecimiento de grietas.
Con la ayuda de diferentes tipos de carga, se pueden determinar automáticamente valores característicos como el umbral ΔKth, el crecimiento de grieta da/dN y la recta de París.
Productos relacionados: Máquinas de ensayos
Para determinar el crecimiento de grieta, existen máquinas de ensayos con diferentes tipos de accionamiento para ensayos estáticos, dinámicos y para la generación de grietas.
Los pulsadores de alta frecuencia pueden utilizarse para generar grietas y realizar ensayos de conformidad con la norma ASTM E647. El equipo de ensayos se basa en un sistema masa-muelle que vibra dentro de un campo magnético generando con ello una carga dinámica. Mediante un accionamiento electromecánico integrado, se aplica una precarga estática.
