Inestabilidad del frente de grieta helicoidal en la fractura de modo mixto

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• Mecánica de los Sólidos Mecánica de los Sólidos
• Mecánica de las fracturas Mecánica de las fracturas

Sus antecedentes:

• La propagación de grietas planas bajo tensión pura (modo I) es típicamente estable.
• La superposición de tensión de corte (modo III) conduce a un crecimiento de grietas universalmente inestable.
• La carga de modo mixto (I + III) causa la segmentación de grietas, creando superficies de fractura escalonadas con marcas en forma de lanza.

Objetivo del estudio:

• Investigar el origen de la inestabilidad de la fractura de modo mixto I + III.
• Desarrollar una teoría para predecir la escala de rugosidad superficial de las grietas segmentadas.
• Comprender la evolución del frente de grieta 3D bajo carga de modo mixto.

Principales métodos:

• Simulaciones a gran escala de la fractura frágil de modo mixto I + III.
• Utilizó un método de campo de fase continuo para una evolución completa de la grieta en 3D.
• Desarrolló una nueva ley de propagación para grietas curvas en tres dimensiones.

Principales resultados:

• La propagación de grietas planas es linealmente inestable frente a las deformaciones helicoidales.
• Las deformaciones helicoidales evolucionan en grietas hijas segmentadas, en forma de dedo.
• Se observó un engrosamiento de las facetas, análogo a los fenómenos de crecimiento sin equilibrio.
• Derivó una estimación teórica para la longitud de onda inestable basada en el equilibrio de tensiones y las fuerzas de cohesión.

Conclusiones:

• La carga de modo mixto I + III induce inestabilidad a través de deformaciones del frente de grietas helicoidales.
• El estudio proporciona un marco teórico para predecir la rugosidad de la superficie de la fractura.
• Los resultados de la simulación se alinean con las predicciones teóricas y los datos experimentales para los ángulos de rotación de las facetas.