Analogía entre la transición de flujo de turbulento a desprendimiento de vórtices en fluidos y la transición de fallo dúctil a frágil en sólidos
Autores: Carpinteri, Alberto; Niccolini, Gianni; Accornero, Federico
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Analogía entre la transición de flujo de turbulento a desprendimiento de vórtices en fluidos y la transición de fallo dúctil a frágil en sólidos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Mecánica de fluidos
Mecánica de fracturas
Problemas de singularidad
Campo de velocidad
Campo de esfuerzo cortante
Fenómenos de transición
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Al utilizar potenciales complejos, se arroja algo de luz sobre la analogía entre los problemas de singularidad que surgen en la mecánica de fluidos y en la mecánica de fracturas, en particular, aquellos que conciernen a los flujos irrotacionales planos alrededor de obstáculos afilados y la elasticidad plana en cuerpos agrietados. Se muestran aplicaciones a dos geometrías equivalentes: una placa delgada sumergida transversalmente en un flujo uniforme y una grieta sometida a un esfuerzo cortante uniforme fuera del plano en el infinito (Modo III). La coincidencia entre el campo de velocidad del fluido y el campo de esfuerzo cortante es consistente con la analogía hidrodinámica. Aparte del criterio de Reynolds para la transición natural de laminar a turbulento, se define un criterio de factor de intensidad de velocidad para predecir la transición forzada de flujo turbulento a desprendimiento de vórtices (flujo transicional forzado) generado por un obstáculo de placa transversal. Es interesante señalar que el factor de intensidad de velocidad presenta dimensiones físicas intermedias entre las de una velocidad y una viscosidad cinemática. Además, se demostrará que el tamaño afecta la ocurrencia de fenómenos transicionales naturales a forzados en fluidos, en una estricta analogía con las transiciones de falla dúctil a frágil dependientes de la escala en sólidos.
Descripción
Al utilizar potenciales complejos, se arroja algo de luz sobre la analogía entre los problemas de singularidad que surgen en la mecánica de fluidos y en la mecánica de fracturas, en particular, aquellos que conciernen a los flujos irrotacionales planos alrededor de obstáculos afilados y la elasticidad plana en cuerpos agrietados. Se muestran aplicaciones a dos geometrías equivalentes: una placa delgada sumergida transversalmente en un flujo uniforme y una grieta sometida a un esfuerzo cortante uniforme fuera del plano en el infinito (Modo III). La coincidencia entre el campo de velocidad del fluido y el campo de esfuerzo cortante es consistente con la analogía hidrodinámica. Aparte del criterio de Reynolds para la transición natural de laminar a turbulento, se define un criterio de factor de intensidad de velocidad para predecir la transición forzada de flujo turbulento a desprendimiento de vórtices (flujo transicional forzado) generado por un obstáculo de placa transversal. Es interesante señalar que el factor de intensidad de velocidad presenta dimensiones físicas intermedias entre las de una velocidad y una viscosidad cinemática. Además, se demostrará que el tamaño afecta la ocurrencia de fenómenos transicionales naturales a forzados en fluidos, en una estricta analogía con las transiciones de falla dúctil a frágil dependientes de la escala en sólidos.