Mecánica de fractura elasto-plástica dinámica

Abstract

El ensayo de impacto Charpy es una de las técnicas experimentales más difundidas y de mayor utilización en laboratorios de todo el mundo. La incorporación de instrumentación adicional (provista por strain gages incorporados al golpeador, osciloscopio y/o adquisición de datos, procesamiento, etc.) permitió incrementar notablemente la información generada a partir de este ensayo. En este trabajo se analizó y diseñó una metodología para obtener, a partir de la citada información, una caracterización del comportamiento a fractura del material en el rango elasto-plástico (en este caso bajo condición de impacto). Para ello en primer término se desarrolló una metodología particular para el tratamiento de la información del ensayo. La información original provista por el péndulo utilizado consistió en el diagrama P vs / (carga vs tiempo). La generación de las curvas P vs Y (carga vs desplazamiento del punto de aplicación de la misma), que consituyen el punto de partida para el cálculo de los parámetros fractomecánicos, requirió de la aplicación de técnicas particulares y de la estimación de parámetros de la máquina y probetas (rigidez, velocidades de impacto, masa efectiva del péndulo, etc). En segundo término se verificó la aplicabilidad de los parámetros fractomecánicos usualmente utilizados en el caso estático (integral J, parámetro ,). Finalmente, desarrollada la técnica experimental y verificada la validez de los parámetros tradicionales, se utilizaron las técnicas más recientes propuestas en la literatura para determinar los valores de n y curva J-R, de forma tal de convertir este ensayo simple en un método de evaluación de propiedades fractomecánicas confiable y consistente. El método desarrollado es del tipo uniprobeta, de manera tal de permitir la caracterización del material a partir de un unico ensayo, manteniendo de esta manera las ventajas comparativas del ensayo Charpy. A fin de verificar la validez de las hipótesis asumidas, se planteó y desarrolló un método alternativo del tipo multiprobleta, que permitió la corroboración de los crecimientos de fisura estimados por el método uniprobeta. Para ello se fabricó un dispositivo especial para provocar la detención brusca del péndulo (y por ende del evento de impacto) en una posición determinada. Para la evaluación experimental del método se utilizó un material de comportamiento elasto-plástico y elevada consistencia en su comportamiento (20MnMoNi1). Aunque el objetivo del presente trabajo no fué la caracterización de un material en particular sino la puesta a punto de una metodología, se discutió la validez de los resultados obtenidos considerando los requerimientos mínimos que deben satisfacerse de acuerdo a los requerimientos corrientes fijados en las normas de evaluación de parámetros fractomecánicos. En síntesis, la metodología propuesta permite obtener toda la información a partir del ensayo de una sola probeta, manteniendo las ventajas que hacen del ensayo Charpy uno de los ensayos de materiales más exitosos y difundido: sencillez de operación, rapidez, economía. Con la incorporación de programas de cálculo simples como los utilizados en este trabajo, es posible la automatización total del tratamiento de la información, requiriéndose de muy poco tiempo para la obtención de los parámetros fractomecánicos característicos del material.