Mecànica del dany

La mecànica del dany i els models mecànics de dany del continu són una branca de la resistència de materials i la mecànica de mijos continus que s'ocupa de la representació i la modelización del dany mecànic en els materials, en l'objecte de fer prediccions d'ingenieria sobre l'inici, la propagació i la fractura dels materials sense recórrer a una descripció microscòpica que seria massa complexa per a l'anàlisis pràctic. La mecànica del dany és un eixemple de l'enfocament típic de l'ingenieria per a modelizar fenomens complexos. Citant a D. Krajcinovic, "a sovint s'argumenta que la tasca última de l'investigació en ingenieria és proporcionar no tant una millor visió del fenomen examinat com suministrar una ferramenta de predicció racional aplicable en el disseny". La mecànica del dany és un tema de mecànica aplicada que es basa en gran mida en la mecànica del continu. La major part dels treballs sobre mecànica del dany utilisen variables d'estat internes per a representar els efectes de dany en la rigidea i la vida restant del material que s'està danyant com a resultat de la càrrega termomecánica i l'envelliment. Les variables d'estat poden ser mesurables, per eixemple, la densitat de clavills, o inferirse del efecte que tenen sobre alguna propietat macroscòpica, com la rigidea, el coeficient de dilatació tèrmica, la vida útil restant, etc. Les variables d'estat tenen una magnitut termodinàmica conjugada que són les que prediuen quan el dany seguirà aumentant.

En este enfocament, iniclament, el material es considera en un estat intacte i la mecànica del dany formula una equació d'evolució del dany, que sóol pot aumentar. Eixa evolució del dany no progressa espontàneament despuix de l'iniciació, per lo que es requerix un model d'evolució del dany. En formulació del tipo plasticidad, l'evolució del dany és controlada per una funció d'enduriment, pero açò requerix paràmetros fenomenológicos adicionals que deuen ser trobats a través de l'experimentació, la qual cosa és car, consumix temps i pràcticament ningú ho fa. Per un atre costat, les formulació de micromecánica del dany són capaços de predir tant l'iniciació com l'evolució del dany sense necessitat de propietats del material adicionals.

Desenroll i models específics

El terme Continuum Damage Mechanics va ser introduït per primera volta per J. Hult en 1972, per a referir-se al model usat per a predir l'inici de clavills en estructures someses a grans càrregues. Els models actuals de dany van des del model primerenc en una variable de dany escalar de L.M. Kachanov en 1958, fins a la variable de dany tensorial anisótropo, des dels aspectes termodinàmics clàssics fins a la tensió efectiva que té en conte el tancament de microdefectos en càrregues de tipo compresivo; des de la simple medició del dany local fins als camps de dany, des d'una simple llei de dany fins a la anisotropía induïda per dany, aixina com la generalisació a materials cuasi-fràgils, des de l'elasto-(visco-)plasticidad junt en el dany al fenomen de localisació, l'etapa final abans de l'inici del clavill.
El dany mecànic es referix a la creació i creiximent de microvacíos o microfisuras que són discontinuïtats en un mig considerat com a continu a major escala. Les discontinuïtats de dany són "menudes" sobre el tamany de l'element estructural pero, per supost, grans en comparació al espaciamiento atòmic. Des d'un punt de vista físic, el dany sempre està relacionat en deformacions irreversibles i, més generalment, en un malbarat d'energia potencial elàstica, ya siga en la mesoescala o en la microescala (escala a on apareixen discontinuïtats materials).

Parts d'un model de dany

La termodinàmica dels processos irreversibles permet modelar el comportament de diferents sòlits deformables, en tres passos:

1. Definició de variables d'estat, el valor real de cada paràmetro que definixca l'estat actual del sóldo i el mecanisme de fallo corresponent.
2. Definició d'un potencial d'estat general de la que derivar les lleis constitutives i la definició de les variables associades a les variables d'estat internes que definixen el malbarat.
3. Definició d'un potencial disipativo del que deriven les lleis d'evolució de les variables d'estat associades als mecanismes disipativos.

Estos tres passos oferixen vàries opcions per a les definicions, cada una elegida d'acort en els resultats experimentals i el propòsit d'us. Ademés, deu verificar-se que dins del model el segon principi de la termodinàmica es complix per a qualsevol evolució possible. El potencial d'estat general es pren usualment com l'energia lliure de Helmholtz per unitat de volum:

$\psi ({\epsilon }_{ij}^{(e)},D_{ij},r,{\alpha }_{ij})={\psi }_e+{\psi }_p$

a on ${\epsilon }_{ij}^{(e)}$ són les components del tensor de deformacions elàstiques, $D_{ij}$ és el tensor de dany (anisótropo), ${\displaystyle }$ és l'enduriment plàstic isótropo i ${\alpha }_{ij}$ són les components del tensor d'enduriment cinemàtic. La part plàstica d'este potencial se sol prendre com:

Les equacions cinètiques que governen l'evolució de les variables internes $(r,{\alpha }_{ij})$ es deriven del potencial disipativo $F$ que és una funció convexa que la seua de la forma de la qual depén en última instància que s'obtinga un model consistent en el segon principi. Esta funció admet la següent descomposició:

a on $(𝝈,R,𝑿,𝒀)$ són les variables conjugades de les variables $(𝜺,r,𝜶,𝑫)$.

Vore també

• Mecànica del dany concentrat
• Anàlisis del pla crític