Desarrollo de un elemento cohesivo para la simulación numérica del contacto y fricción

Abstract

En este trabajo se pretende realizar una mejora en los actuales métodos de cálculo de parámetros de grietas y de crecimiento de éstas, añadiendo un algoritmo de cálculo de rozamiento entre las caras de la grieta. En la mayoría de los análisis habituales, las grietas se modelan como discontinuidades que tienen superficies lisas y sin rozamiento. Para cargas de modo I, esa suposición es bastante satisfactoria, pero para cargas de modo II o modo III puede llevar a resultados erróneos si las superficies de la grieta son rugosas y ofrecen resistencia al deslizamiento. Por lo tanto, en esas condiciones, los efectos de la fricción deben ser tenidos en cuenta para capturar la física del problema y para calcular correctamente cualquier parámetro de fractura. El método que se ha elegido para introducir el rozamiento entre las caras de la grieta, es utilizar, en paralelo con un elemento cohesivo de fractura, una ley constitutiva en la interfaz que incorpora el efecto de la rugosidad y el rozamiento mediante el uso de modelos de contacto y fricción micromecánicos. Esta ley constitutiva actúa cuando las cargas son tales que la grieta se ha abierto y se han creado superficies libres, y además, éstas están en contacto. Se ha considerado, que puesto que es un fenómeno muy localizado, la mejor manera de recoger la física del problema es acudir a ese tipo de modelos. El modelo desarrollado se ha programado en un código de elementos finitos y se ha aplicado a un ejemplo de un eje a torsión. Debido a la imposibilidad de realizar ensayos con medios propios, se han utilizado resultados de ensayos publicados para la validación del modelo. Evitando realizar pruebas de fatiga, por su mayor complejidad y por ser el objetivo comprobar el modelo de una forma simple, se ha utilizado un ensayo en el que la carga se aplica en un solo paso.