Enfoque analítico basado en condiciones cuasiestáticas para predecir la tenacidad a la fractura en materiales poliméricos

Resumen

La fatiga mecánica provoca fallos catastróficos bajo carga cíclica, incluso por debajo de la resistencia estática del material, yes la causa de la mayoría de los fallos en servicio de componentes metálicos y poliméricos, con un impacto económico significativo. La obtención de curvas de crecimiento de grieta y parámetros de tenacidad mediante ensayos de mecánica de fractura suele ser costosa y llevar mucho tiempo. Para abordar este reto, este trabajo aplica la teoría FMDM (Mecánica de Fractura de Metales Dúctiles), integrada con la corrección de espesor de Paris–Newman para estimar la tenacidad a la fractura, K_lc a partir de propiedades uniaxiales estándar (módulo, límite elástico y plasticidad post estricción), sin recurrir a ensayos especializados de fractura. El marco FMDM–Paris–Newman se aplicó a cuatro materiales con microestructuras disímiles (Dos grados de ABS, POM y Al). Los valores estimados de K_lc  muestran excelente concordancia con datos reportados, confirmando que la información mecánica (esfuerzo–eformación y métricas de trabajo plástico) es suficiente para imponer la condición de deformación plana en la evaluación de K y, en consecuencia, garantizar el carácter intrínseco de propiedad de material, K_lc  La conclusión clave es que el enfoque no requiere una caracterización detallada de la estructura molecular; en su lugar, se basa en el mapeo mecánico de la respuesta uniaxial esfuerzo-deformación, incluido el trabajo plástico, hacia un modelo energético de punta de grieta. Esta formulación, explica su portabilidad entre materiales disímiles. El resultado es una meto K_lc dología analítico experimental simple, trazable y costo-efectiva, adecuada para la estimación temprana de tenacidad y el diseño guiado por simulación.