SIMULACIÓN NUMÉRICA MEDIANTE MEF PARA EL ESTUDIO DEL EFECTO DE LA PRESENCIA DE UNA GRIETA CERCANA A LA SOLDADURA DE UNA UNIÓN CIRCULAR EN T, CONTRASTACIÓN CON DATOS EXPERIMENTALES

Abstract

El Método de Elementos Finitos se ha transformado en las últimas décadas en la herramienta matemática más potente y utilizada en diseo y simulación para la Ingeniería Mecánica. Con aplicaciones para mecánica de sólidos, mecánica de uidos e incluso transferencia de calor, la versatilidad de esta herramienta para resolver y acoplar distintos fenómenos físicos le ha permitido posicionarse como la principal forma de solución de problemas en ingeniería a través de la modelación computacional, aún cuando nuevos métodos libres de mallas, como el Método de Punto Finito, permiten superar limitaciones como la necesidad de redenición adaptativa de la discretización del dominio a lo largo del proceso de solución [51]. En esta tesis, se utiliza el método de elementos nitos para modelar la respuesta global de una unión soldada en T soportada en sus extremos principales y sometida a tensión en su extremo libre a la que se ha generado una grieta semi-elíptica al pie de la soldadura. Dentro del modelo constitutivo del material se ha utilizado una curva de esfuerzo-deformación no-lineal empírica. Para evaluar la respuesta de la unión soldada, se ha utilizado un esquema de submodelación que permite mejorar la precisión de los resultados en la zona más próxima a la discontinuidad. Para evaluar la respuesta de la unión en T, en el modelo computacional se ha medido el campo de deformaciones alrededor de la grieta, la apertura de la boca de la grieta y el desplazamiento de la linea de aplicación de la carga. Luego cada medida ha sido comparada con resultados experimentales provenientes de ensayos de laboratorio como método de validación. Los resultados obtenidos utilizando el MEF con la técnica de submodelación mostraron diferencias inferiores al 20% para el campo de deformaciones en la zona crítica y menores al 5% para la apertura de la boca de la grieta. Para el desplazamiento de la línea de aplicación de la carga, los resultados obtenidos presentan una diferencia cercana al 13% para todo el rango medido, con una curva muy similar a la exhibida en los ensayos de laboratorio, aún cuando una nueva modelación debe ser realizada teniendo como valor conocido la distancia entre el plano de apoyo de la unión y la línea de aplicación de la carga.