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Anales de Mecánica de la Fractura Vol. I (2006)

APLICACIÓN A MATERIALES ELASTOPLASTICOS DE LOS CRITERIOS DE ROTURA
EN ENTALLAS EN U
F. J. Gómez y M. Elices
Departamento de Ciencia de Materiales
E.T.S. de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos
Universidad Politécnica de Madrid
C/ Profesor Aranguren s/n
28040 Madrid, España.
jgomez@mater.upm.es

RESUMEN
El objetivo de la presente comunicación esextender la validez de los criterios de rotura en entallas en U a los materiales
elastoplásticos. Recientemente, los autores han propuesto un procedimiento sencillo para calcular la carga de rotura de
geometrías entalladas de materiales con rotura en régimen elástico lineal. El método depende de dos constantes: la
tenacidad y la resistencia cohesiva, que en el caso ideal de rotura elástica ylineal es igual a la tensión de rotura en
tracción. En este trabajo el criterio se generaliza a materiales elastoplásticos, introduciendo una relación empírica entre
el límite elástico del material y la resistencia cohesiva. Las predicciones teóricas han sido verificadas satisfactoriamente
con resultados experimentales propios en PMMA, y con valores de rotura de probetas entalladas encontradas en labibliografía: policarbonato, resina epoxi, aluminio a 25ºC, 150ºC, 250ºC y 350ºC, acero a -196ºC y en materiales
compuestos de matriz metálica.
ABSTRACT
The purpose of this paper is to extend the failure criteria for elastic U-notched specimen to elastic ones. Recently, the
authors have proposed a simple procedure to obtain the critical load of U-notched solids. This method is applicable tomaterials with linear elastic failure, and depends on two material constants: the toughness and the cohesive stress,
which is equal to tensile stress in a linear elastic material. Introducing an empirical relation between the yield stress and
the cohesive stress the criterion could be extended to elastoplastic materials. Theoretical predictions have been verified
satisfactorily with experimental resultsin PMMA, polycarbonate, epoxi, aluminum to 25ºC, 150ºC, 250ºC and 350ºC,
steel to -196ºC and MMC.
ÁREAS TEMÁTICAS PROPUESTAS: Métodos analíticos y numéricos.
PALABRAS CLAVE: Entallas en U, criterios de rotura, modelo cohesivo.

1.

Los autores han propuesto un procedimiento
sencillo para calcular la carga máxima que resiste una
geometría entallada, aplicable a materiales con rotura en
régimenelástico lineal [1]. El criterio depende exclusivamente de dos parámetros: la tenacidad y la
resistencia cohesiva; y ha sido validado experimentalmente frente a gran número de materiales [2]. El
principal inconveniente es su limitada aplicación, que se
reduce a materiales frágiles en los que la rotura se
produce en régimen elástico y lineal.

INTRODUCCIÓN

Los elementos estructurales que contienenconcentradores de tensión como taladros o entallas son elementos
débiles que pueden sufrir roturas catastróficas. Para
garantizar su integridad, se necesitan criterios que
evalúen la carga máxima que resiste un sólido entallado.
En los sólidos fisurados, la carga de rotura se
calcula a partir de la singularidad tensional existente,
estableciendo que la fisura se propaga cuando el factor
de intensidadde tensiones, o la integral J, es igual a la
tenacidad de fractura del material. En las geometrías
lisas o entalladas con radios relativamente grandes, se
aplica un criterio ingenieril según el cual la fractura
comienza cuando la tensión en la raíz de la entalla
alcanza la resistencia a tracción. En las situaciones
intermedias, cuando el radio de curvatura del fondo de
la entalla no es pequeño ytampoco es suficientemente
grande, son necesarios criterios alternativos.

Con objeto de salvar esta limitación, en este
trabajo se propone una regla empírica, que amplía el
campo de aplicación del criterio a los materiales
elastoplásticos.
A continuación se analiza el criterio de rotura
para materiales frágiles, y su posible extensión a
materiales elastoplásticos. Se expone la regla propuesta
y...