Mecánica de Fractura Computacional Utilizando el Método de los Elementos de Contorno

A.P. CISILINO

San Nicolás, Argentina

Congreso; Congreso SAM/CONAMET 2007; 2007

Sociedad Argentina de Materiales

La disponibilidad de soluciones analíticas o semi-analíticas para el cálculo del factor de intensidad de tensiones en problemas de mecánica fractura se limita a casos con geometrías y condiciones de contorno sencillas, que en muchos casos sólo permiten llevar a cabo análisis simplificados de situaciones reales. Por su parte el modelado numérico computacional es una herramienta rápida y económica, que permite resolver problemas de geometrías realistas y estados de carga complejos en forma eficiente y confiable. Frente a las herramientas clásicas de modelado computacional como son el Método de los Elementos Finitos (FEM) o de las Diferencias Finitas, el Método de los Elementos de Contorno (BEM) ha madurado en las últimas décadas como una potente alternativa, con características propias que lo hacen especialmente apto para el análisis de problemas con fuertes discontinuidades geométricas. Conceptualmente, la principal diferencia entre el FEM y el BEM es que este último incorpora en su formulación cierto conocimiento de la solución del problema, dado por las llamadas ‘soluciones fundamentales’. Las soluciones fundamentales  satisfacen en forma exacta la ecuación de gobierno del problema físico, lo que permite obtener formulaciones que no requieren de la discretización del dominio del modelo y que representan en forma exacta la discontinuidad del campo de tensiones introducidos por una fisura. De esta forma resulta relativamente sencillo por ejemplo modelar en forma automática la propagación de fisuras por fatiga. Se propone en este trabajo presentar las características principales del BEM, señalando en particular sus ventajas para modelar problemas de mecánica de fractura y el cálculo de parámetros fractomecánicos. El trabajo se ilustra con una serie de ejemplos de aplicación relacionados con la utilización del BEM para modelar la propagación de fisuras por fatiga, fisuras de interface en materiales compuestos  y fisuras en sólidos termoplásticos y elastoplásticos.