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Una simulación basada en la plasticidad cristalina para predecir la tenacidad a la iniciación de fracturas del aluminio de grado reactor: verificación experimental y estudio del efecto de la orientación cristalina

Autores: Samal, Mahendra Kumar; Sahu, Trishant; Syed, Ather

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2024

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Acceso abierto

Artículo científico
2024

Una simulación basada en la plasticidad cristalina para predecir la tenacidad a la iniciación de fracturas del aluminio de grado reactor: verificación experimental y estudio del efecto de la orientación cristalina


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Mecánica

Palabras clave

Aleaciones de aluminio
Tenacidad a la fractura
Modelo de plasticidad cristalina
Curva de esfuerzo-deformación
Parámetro crítico de daño
Iniciación de grietas

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 19

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Las aleaciones de aluminio se utilizan para la fabricación del revestimiento de combustible de reactores nucleares de grado de investigación, así como para varios tipos de componentes del núcleo de reactores de investigación de alto flujo. Para llevar a cabo el análisis de diseño y seguridad de estos componentes, se requieren por parte del diseñador sus propiedades mecánicas y de fractura. En este trabajo, se han realizado experimentos en especímenes de tracción mecanizados de un bloque de aleación de aluminio para evaluar la curva de esfuerzo-deformación del material. También se han realizado experimentos en especímenes de tensión compactos en forma de disco para determinar la tenacidad a la fractura de la aleación de aluminio. Se han llevado a cabo simulaciones numéricas de ambos especímenes de tracción y fractura utilizando el modelo de plasticidad cristalina. Inicialmente, se han calibrado los parámetros a nivel del sistema de deslizamiento del modelo de material de plasticidad cristalina utilizando datos experimentales de esfuerzo-deformación para aluminio monocrystalline y policristalino. Para la predicción de la tenacidad a la iniciación de la fisura, se ha utilizado el modelo de daño de Rice y Tracey. El parámetro crítico de daño se ha evaluado para un espécimen fracturado con una relación de longitud a ancho de fisura (/) de 0.6. La obtención del parámetro crítico de daño en el análisis corresponde al momento de la iniciación de fisuras dúctiles observadas experimentalmente en el espécimen. Posteriormente, este modelo se aplicó a otros especímenes de fractura con diferentes relaciones / con valores que oscilan entre 0.39 y 0.59. Se observó que el parámetro crítico de daño correspondiente a la iniciación de fisuras en el material tiene una variación muy pequeña, incluso si los especímenes tienen diferentes longitudes de fisura. Es bien conocido en la literatura que el parámetro crítico de daño de Rice y Tracey es una constante del material. Por lo tanto, hemos aplicado el mismo modelo para predecir la iniciación de fisuras en especímenes de fractura de cristal único con dos orientaciones diferentes del plano de fisura. Se observó que la orientación es más susceptible a la iniciación y propagación de fisuras en comparación con la orientación, ya que el parámetro de daño es alto en el ligamento del espécimen delante de la punta de la fisura para el mismo nivel de carga aplicada. Dado que el plano de fisura [111] está más densamente empaquetado en comparación con el plano [100], la distancia entre los planos atómicos es mayor para el primero, y por lo tanto, es más susceptible al daño dúctil. Los resultados de los experimentos y el parámetro de daño del material son útiles para el análisis de integridad del revestimiento de combustible de reactores de investigación, así como de componentes de reactores de investigación de alto flujo.

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