Fallas estructurales

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MECANICA AVANZADA DE MATERIALES Dr. Luis A. Godoy 2005

6. ANALISIS DE FALLAS ESTRUCTURALES A los efectos de la mecánica de materiales, usaremos una definición funcional de falla (Muchos autores prefieren hablar de estado limite). Falla es una condición no deseada que hace que el elemento estructural no desempeñe una función para la cual existe. Una falla no necesariamente produce colapso ocatástrofe. • Mecanismo de falla, es el proceso o secuencia que ocurre en el elemento estructural cuando falla. Puede haber un mecanismo de falla o varios que se acoplan. Ejemplos: mecanismo de pandeo, mecanismo de fractura. Modo de falla, es la configuración (geométrica) que adopta el elemento estructural cuando falla. Ejemplos: Modo II de fractura, modo local de pandeo. Parámetro crítico, es unindicador asociado a la falla. Se usan indicadores, como tensión, deformación, desplazamiento, carga, número de ciclos de carga, energía, etc. Ejemplo: carga critica de pandeo, número de ciclos de fatiga. Criterios de falla, permiten predecir el modo de falla. Ejemplos: criterio de plasticidad de von Mises, criterio energético de estabilidad.

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La falla de un objeto estructural puedesignificar la falla del sistema al que pertenece. Ejemplo: La falla de una tubería que pertenece al circuito primario de refrigeración de una central nuclear puede detener la central, hacerla fallar. Importancia de contar con redundancia en el desempeño de funciones. Metodología de trabajo para tratar fallas: ¿Cuáles son las funciones a preservar? ¿Cuáles son las fallas funcionales? ¿Cuáles son losmodos de falla? ¿Cuáles son los efectos de esos modos? ¿Cuáles son las consecuencias de los efectos? ¿Cuáles son las tareas que hay que aplicar para minimizar las consecuencias? ¿Cuáles son las frecuencias de esas tareas? 7. MODOS DE FALLA FRECUENTES EN ELEMENTOS ESTRUCTURALES Los modos de falla más frecuentes son plasticidad, fractura, fatiga, desplazamientos, creep y corrosión.

1 Plasticidad Manifestación: mecanismos, grandes deformaciones son posibles. Origen: estructura microscópica (i.e. deslizamiento de cristales). Plasticidad local >>> redistribución de tensiones a zonas con menores tensiones. Materiales dúctiles, capaces de desarrollar deformaciones grandes. Propagación de plasticidad: Fluencia de una parte considerable del objeto estructural. Caracterización: Límite defluencia, superficies de fluencia, strain hardening. Factores que influyen: Procesos de carga/descarga, ritmo de carga, estados multiaxiales, temperaturas altas. Modelos: constitutivas no lineales, cinemáticas lineales Fractura Manifestación: Se rompe el material antes de tener deformaciones grandes. Origen: Defectos locales en el material a nivel microestructural. Fractura repentina en materiales“frágiles”: rocas, fundición, etc. Fractura de materiales "dúctiles" con defectos (fisuras, concentración de tensiones, ranuras, etc.). En materiales dúctiles puede haber rotura frágil. Propagación de fisuras: extensión de una fisura de manera continuada. Inestabilidad de fisuras. Modo de falla: Iniciación de superficies interiores. Separación de la estructura en partes. Factores que influyen: bajastemperaturas, cargas dinámicas, habilidad del material para absorber energía. Caracterización: Resistencia a fractura (fracture toughness), longitud critica. Modelos: deformaciones plásticas pequeñas.

Falla de una probeta por plasticidad.

Falla de un barco por fractura.

Grietas en una construcción antigua.

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Fatiga Manifestación: Fractura progresiva. Causa: Estados tensionales repetidoso cíclicos. Falla sin aviso previo visual. Factores que influyen: concentración de tensiones, cambios abruptos de sección, fisuras, etc. Caracterización: Número de ciclos límite, resistencia a la fatiga.

Falla por fatiga de un eje.

Desplazamientos instantáneos Origen: esbeltez del objeto estructural. Modo 1: Desplazamientos grandes con equilibrio estable. Modo 2: Pandeo (equilibrio...
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