Historia de la mecanica de fractura

Asignatura: Fractomecánica y Análisis de Falla

Figura 1.1 Fallo en el tren de aterrizaje de un avión de pasajeros como consecuencia de la fractura del eje

1.1. La historia de la Mecánica de Fractura Los primeros experimentos en Fractura se deben a Leonardo da Vinci, que nace en el año 1452 en el pequeño pueblo de Vinci, situado en la orilla derecha del río Arno, entre Florencia y Pisa.Leonardo proporcionó varias reglas que establecían los indicios de la causa de la fractura. Leonardo midió la resistencia de alambres de hierro, que fabricaba en su trefiladora3 y encontró que la resistencia variaba de forma inversa a la longitud de los alambres. Este resultado implicaba que los defectos del material gobernaban la resistencia de los alambres; un alambre más largo correspondía a unmayor volumen de material y consecuentemente a una mayor probabilidad de encontrar una zona defectuosa del alambre. Aunque estos resultados eran meramente cualitativos, Griffith estableció la conexión entre la fractura y el tamaño de los defectos en su primer trabajo publicado en el año 1920, aplicando el análisis de tensiones a un agujero elíptico, previamente tratado por Inglis siete años antes.Griffith utiliza el Primer Principio de Termodinámica para formular la teoría de la fractura, basada en el balance simple de energía. De acuerdo con esta teoría una grieta se hace inestable y se produce la fractura, cuando el cambio de la energía tensional que resulta de un incremento de la grieta es suficiente para superar la energía superficial del material.

3 La trefiladora de Leonardo daVinci aparece referenciada, con sus correspondientes dibujos, en el Códice de Madrid I, folio 84 (recto).

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Griffith estableció un modelo de buena aplicación para materiales muy frágiles como el vidrio o las materiales cerámicos, pero no pudo aplicar su teoría a los metales, ya que teniendo en cuenta que el trabajo de fractura proviene exclusivamente de la energía superficial del material, elmodelo de Griffith solamente se puede aplicar a sólidos idealmente frágiles. La modificación del modelo de Griffith tuvo que esperar más de 20 años para poder ser aplicada a los metales. El nacimiento de la Mecánica de Fractura se debe a un grupo de investigadores del Laboratorio de Investigación Naval de Washington D.C. que estudiaron el problema de la fractura en detalle. En los años 50, el Dr.G.R. Irwin lideró este grupo de investigación, que después de estudiar los trabajos previos de Griffith, Inglis y otros, desarrolló un importante trabajo para extender los postulados de Griffith a los metales, incluyendo la disipación de energía local por flujo plástico local. Independientemente de Irwin, el investigador E. Orowan propuso una modificación similar a la teoría de Griffith y en elmismo periodo N. F. Mott extendió la teoría de Griffith a la propagación rápida de grietas. En el año 1956, Irwin desarrolla su concepto de la tasa de liberación de energía, que se relaciona con la teoría de Griffith, pero de forma más útil para resolver problemas de ingeniería. Varios colegas de Irwin llamaron su atención sobre un trabajo de H. M. Westergaard, publicado bastantes años antes, en1938, que desarrollaba una técnica semi-inversa para analizar las tensiones y desplazamientos por delante de una grieta aguda. Irwin utiliza la aproximación de Westergaard para mostrar que las tensiones y desplazamientos cerca del frente de grieta pueden presentarse mediante una simple constante que está relacionada con la tasa de liberación de energía. Este interesantísimo parámetro que caracterizabael frente de grieta resultó ser el que más tarde hemos conocido como el factor de intensidad de tensiones. Inmediatamente se produjeron varios éxitos en la aplicación de esta nueva ciencia en el análisis de varias roturas catastróficas, particularmente en el año 1956 Wells utilizó la Mecánica de Fractura para explicar los fallos del fuselaje de los aviones Comet, citados anteriormente, como...