Identificación de los factores de intensidad de esfuerzos mediante un sistema de correlación digital de imágenes

Abstract

Los sistemas de correlación digital de imágenes han aparecido recientemente como una solución a las restricciones impuestas por los extensómetros, pudiendo entregar más información casi sin impedimentos, ya que permiten medir deformaciones sobre la superficie completa de objetos tridimensionales, sin limitarse a puntos individuales, no añaden masa, no modifican las propiedades físicas de la estructura a estudiar y poseen rangos de medición desde micrones hasta metros. Este trabajo consiste en definir una metodología para la obtención de los factores de intensidad de esfuerzos 𝐾𝐼 y 𝐾𝐼𝐼 en una grieta, ya que las grietas son probables lugares de falla de los materiales. Se utiliza una probeta de forma de paralelepípedo con vaciados y una grieta, implementando un sistema de correlación digital de imágenes DIC, los datos adquiridos son exportados a MATLAB. Luego son procesados para reducir los errores con un método de suavizado, posteriormente se implementa el método A (Asintótico) y el método B (Integral J), después se comparan los valores obtenidos de 𝐾𝐼 y 𝐾𝐼𝐼 en ambos procedimientos. Para realizar este trabajo es necesario conocer las propiedades mecánicas del material, ya que son empleadas en el cálculo de los factores de intensidad de esfuerzo 𝐾𝐼 y 𝐾𝐼𝐼, para ello son obtenidas experimentalmente bajo las normas ASTM D638 y ASTM 1876-15 respectivamente. En el ensayo de flexión conjunto al sistema DIC el mejor enfoque se recomienda realizarlo directamente en la punta de la grieta, ya que de esa forma se logra distinguir correctamente el comportamiento de los desplazamientos y deformaciones. Se logró emplear los métodos A y B para el cálculo de los factores de intensidad, donde ambos métodos son consistentes entre ellos al mostrar que el factor 𝐾𝐼 es mayor al factor 𝐾𝐼𝐼. Esto indica que la grieta tiende a abrirse, por tanto, fallará el material por causa del primer modo de carga. Existe una diferencia del 7,6% al comparar el valor promedio de 𝐾𝐼 obtenido de forma experimental con el obtenido de resultados del modelamiento en elementos finitos. Sin embargo, el factor promedio 𝐾𝐼𝐼 posee una diferencia del 62,5%, esta discrepancia se puede deber principalmente a imperfecciones dentro del material, tal como: elementos contaminantes o el grado de cristalinidad del material lo cual afecta a la correcta isotropía del material. Además, la fuerza empleada esta fuera del rango de trabajo de la máquina de ensayo universal, sin embargo, es el equipo existente en el laboratorio.