Ingeniería
Fracture Mechanics (Industrial Technology Engineering)
Proyectos docentes de la asignatura. Curso 2017/2018:
| Asignatura | Fracture Mechanics |
|---|---|
| Degree | Industrial Technology Engineering |
| Cycle | 0 |
| Course | 4 |
| Structure | Optional |
| Duration | Cuatrimestral ( First four-month period ) |
| Total Credits | 4.5 |
| Departments |
Teaching staff
Programa de la asignatura
Objetivos docentes específicos
El objetivo de la Mecánica de la Fractura es el estudio de sólidos deformables con presencia de fisuras. La mayor parte de esta parte se dedica a la Mecánica de la Fractura Elástica Lineal a través del enfoque de la Teoría de la Elasticidad y del Balance Energético. Establecida la ecuación fundamental de la Mecánica de la Fractura se describen los procedimientos (analíticos, numéricos y experimentales) para evaluar el factor de intensidad de tensiones y la energía unitaria liberada, así como la forma de estimar los parámetros del material (tenacidad a fractura, curva R, etc). Finalmente se introducen los conceptos ((Integral J y COD) y métodos básicos de la Mecánica de la Fractura Elásto-Plástica.
Competencias transversales genéricas
Capacidad de síntesis y análisis.
Conocimientos y capacidades para la resolución de problemas.
Capacidad de razonamiento crítico.
Capacidad de adaptación a nuevas situaciones.
Competencias específicas
Capacidad para proyectar, inspeccionar, certificar y mantener todo tipo de estructuras desde el punto de vista de la seguridad estructural.
Contenidos de la asignatura
Relación sucinta de los contenidos (bloques temáticos en su caso)
1. Introducción
1.1. Rotura en materiales frágiles y dúctiles.
1.2. Algunas roturas históricas.
1.3. Objetivos de la Mecánica de la Fractura.
1.4. Breve reseña histórica de la Mecánica de la Fractura.
2. Enfoque de la Mecánica de la Fractura Elástica Lineal a través de la Teoría de la Elasticidad
2.1. Introducción.
2.2. Ecuaciones básicas de la Elasticidad.
2.2.1. Caso tridimensional.
2.2.2. Caso bidimensional.
2.2.3. Concepto de simetría y antisimetría.
2.3. Funciones de tensión y desplazamientos.
2.3.1. Propiedades básicas de las funciones de variable compleja.
2.3.2. El problema plano.
2.3.3. El problema antiplano.
2.4. Solución elástica en el borde de una grieta. Método de Westergaard.
2.4.1. Configuración geométrica de una fisura. Modos de fractura.
2.4.2. Modo I.
2.4.3. Modo II.
2.4.4. Modo III.
2.5. Factor de intensificación de tensiones. Determinación.
2.6. Comentarios sobre la solución elástica en el fondo de grieta.
2.7. Efecto del tamaño finito del dominio fisurado.
2.8. Ecuación básica de la MFEL.
2.9. Modos mixtos.
3. Plasticidad en el fondo de la grieta
3.1. Introducción.
3.2. Zona plástica de acuerdo a Irwin.
3.3. Zona plástica de acuerdo a Dugdale.
3.4. Aproximación de 1er orden de la forma de la zona plástica.
3.5. Estado tensional en el entorno de la fisura.
3.6. Aspecto de la superficie de fractura.
4. Enfoque de la Mecánica de la Fractura Elástica Lineal a través
del balance energético
4.1. Introducción.
4.2. Balance de energía durante el crecimiento de la grieta.
4.3. Teoría de Griffith.
4.4. Representación gráfica del balance energético.
4.5. Equivalencia entre el enfoque a través de la Teoría de la Elasticidad y el enfoque energético.
4.6. Expresión analítica de G en función de la flexibilidad.
4.7. Estabilidad de la fisura.
4.8. Balance de energía para materiales dúctiles. Concepto de la curva R.
5. Cálculo del Factor de Intensidad de Tensiones (FIT)
5.1. Introducción.
5.2. Métodos analíticos.
5.3. Métodos numéricos.
5.3.1. Método de los Elementos Finitos (MEF).
5.3.2. Método de los Elementos de Contorno (MEC).
5.4. Métodos experimentales.
6. Determinación de las propiedades del material
6.1. Tenacidad a fractura.
6.2. Curva R.
7. Mecánica de la Fractura Elastoplástica.
7.1. Introducción.
7.2. Integrales independientes del camino. La integral J.
7.3. Enfoque a través del COD.
Actividades formativas de primer cuatrimestre
Clases teóricas
- Horas presenciales: 27
- Horas no presenciales: 0
- Metodología de enseñanza aprendizaje:
Se introducen los conceptos básicos de la Mecánica de la Fractura Elástica Lineal (MFEL). Se introduce el concepto de solución elástica asintótica en el entorno del fondo de la grieta gobernada por el Factor de Intensificación de Tensiones, lo que permite formular la ecuación básica de la MFEL. El balance energético conduce a la formulación de una ecuación análoga en términos de la energía disponible y la necesaria para el crecimiento de una grieta. Para el tamaño de la zona plástica en el entorno del fondo de la grieta de dimensiones relativamente pequeñas se presenta la posibilidad que permite extender los resultados previos a materiales dúctiles en el marco de la MFEL. Para determinar los dos términos que aparecen en la ecuación básica de la MFEL se presentan los métodos analíticos, numéricos y experimentales más usados. Finalmente se realiza una Introducción a los enfoques asociados a la Mecánica de la Fractura Elastoplástica (Integral J y COD).
- Competencias que desarrolla
Aplicación del modelo de la Mecánica de la Fractura Lineal considerando el enfoque basado en la solución elástica en torno al fondo de una grieta y el enfoque basado en los conceptos energéticos.
Clases teóricas
- Horas presenciales: 0
- Horas no presenciales: 0
- Metodología de enseñanza aprendizaje:
- Competencias que desarrolla
Prácticas de Laboratorio
- Horas presenciales: 1.5
- Horas no presenciales: 0
- Metodología de enseñanza aprendizaje:
Se aplican métodos experimentales para determinar la tenacidad a fractura K_Ic y la Curva-R de un material metálico.
- Competencias que desarrolla
Capacidad de aplicar métodos experimentales para determinar la tenacidad a fractura K_Ic y la Curva -R de un material metálico.
Prácticas informáticas
- Horas presenciales: 3
- Horas no presenciales: 0
- Metodología de enseñanza aprendizaje:
Se aplica el método numérico el método de los elementos finitos para determinar el factor de intensificación de tensiones.
- Competencias que desarrolla
Capacidad de aplicar programas informáticos para determinar el factor de intensificación de tensiones.
Problemas
- Horas presenciales: 13.5
- Horas no presenciales: 0
- Metodología de enseñanza aprendizaje:
Se ilustran las ideas teóricas y los métodos analíticos, numéricos y experimentales para determinar los dos términos de los criterios de crecimiento de grietas de la MFEL.
- Competencias que desarrolla
Capacidad de aplicar el modelo de la Mecánica de la Fractura Lineal a la resolución de problemas en presencia de grietas y en particular para caracterizar el crecimiento de una grieta.
Horas de estudio y trabajo personal del alumno
- Horas presenciales: 0
- Horas no presenciales: 67.5
- Metodología de enseñanza aprendizaje:
Asimilación por parte del alumno de las enseñanzas impartidas en clase, de las referencias bibliográficas recomendadas y de su aplicación a trabajos propuestos.
- Competencias que desarrolla
Capacidad de síntesis y análisis.
Resolución de problemas.
Razonamiento crítico.
Conocimiento adecuado y aplicado a la Ingeniería de la Mecánica de Fractura del medio continuo.
Sistemas de evaluación y criterios de calificación
- Sistema de evaluación
Opción general. Examen final.
Parte 1) Test. Consiste en 10 preguntas con 3 respuestas, 1 respuesta válida. (3puntos)
Parte 2) Cuestiones. Consiste en 4 o 6 cuestiones. (4puntos)
Parte 3) Problema. Consiste en 1 problema práctico. (3 puntos)
Para superar la asignatura es necesario realizar las prácticas satisfactoriamente y obtener una calificación igual o superior a 5 sobre 10 en el examen final.
En caso de no realización de las prácticas el alumno deberá realizar un examen específico de las mismas, dicho examen coincidirá con la convocatoria correspondiente y será condición necesaria para aprobar la asignatura la superación del mismo.
En caso de haberse aprobado la asignatura, la Calificación Final de la misma es la calificación del examen final más una serie de bonificaciones:
- Por aprobar la asignatura en el examen de la 1era convocatoria, no siendo el alumno repetidor: 1'0 punto si se han aprobado las 3 Partes.
- Por realizar cada Práctica, elaborar y entregar la memoria de cada Tarea y de cada Practica Informática o Práctica de Laboratorio 1/3 punto.
Se concederá Matrícula de Honor si se dan las siguientes condiciones:
- La calificación final del alumno superó los 10 puntos.
- El alumno superó el examen final aprobando las 3 Partes.
- El alumno asistió y desarrolló correctamente todas las Prácticas.
En caso de que los candidatos a Matrículas de Honor superen el número máximo permitido, éstos se ordenarán de acuerdo a su calificación final.
University of Seville, 4 San Fernando Str. Sevilla 41004, Spain. 
