Estudio numérico y experimental del frente de grieta de especímenes tubulares de aluminio sujetos a cargas de tracción - Modo I

Abstract

El estudio del comportamiento en fractura de especímenes tubulares es fundamental debido a su aplicación industrial, en componentes de máquina, estructuras entre otros. A diferencia de los especímenes planos, los tubulares presentan una distribución de tensiones tridimensional influenciada por su geometría curva. Para abordar esta complejidad, se combinó análisis numérico mediante el método de elementos finitos (FEM) con ensayos experimentales en especímenes de aleación de aluminio con tres espesores distintos (2, 3 y 4 mm) y un concentrador de tensiones de 1.5 mm perpendicular al eje de carga. El análisis FEM se realizó en ANSYS APDL, con refinamientos basados en el radio plástico de Dugdale. Se evaluaron la deformación plástica y la distribución de tensiones, destacando un comportamiento asimétrico de la zona plástica hacia el radio externo. Posteriormente, los datos se procesaron en MATLAB para su normalización y análisis comparativo. El espesor mostró influencia directa en la forma y extensión de la zona plástica. En paralelo, los ensayos en modo I bajo carga cíclica (3 Hz) revelaron diferentes patrones de propagación de grieta: crecimiento hacia el interior en paredes delgadas, trayectorias tridimensionales en paredes gruesas y comportamiento mixto en espesores intermedios. El uso de sobrecargas y visión artificial permitió caracterizar las fases de nucleación, crecimiento acelerado y fractura. La validación cruzada entre simulaciones y experimentos confirmó la influencia clave de la geometría tubular en la propagación de grietas. Los resultados, publicados en las revistas Materials y Metals, sientan las bases en el estudio de especímenes tubulares sometidos a cargas cíclicas.