Comportamiento a flexión en perfiles HSS sujeto a fatiga de ultra-bajo ciclaje con el modelo de daño concentrado: Simulación numérica

• Leonardo Lopez Laboratorio de Mecánica Estructural, Decanato de Ingeniería Civil, Universidad Centroccidental “Lisandro Alvarado”, Barquisimeto 3001, Venezuela
• M Marante Laboratorio de Mecánica Estructural, Decanato de Ingeniería Civil, Universidad Centroccidental “Lisandro Alvarado”, Barquisimeto 3001, Venezuela
• Jesus Torres Departamento de Obras Civiles y Geología, Facultad de Ingeniería, Universidad Católica de Temuco, Temuco 4780000, Chile
• Roberto Torres Departamento de Obras Civiles y Geología, Facultad de Ingeniería, Universidad Católica de Temuco, Temuco 4780000, Chile
• W Barreto Laboratorio de Mecánica Estructural, Decanato de Ingeniería Civil, Universidad Centroccidental “Lisandro Alvarado”, Barquisimeto 3001, Venezuela
• R Picon Laboratorio de Mecánica Estructural, Decanato de Ingeniería Civil, Universidad Centroccidental “Lisandro Alvarado”, Barquisimeto 3001, Venezuela

Palabras clave: Fatiga de ultra-bajo ciclaje, Perfiles HSS, Pandeo local, Rótula plástica, Modelo de daño concentrado, Daño, Deformación plástica.

Resumen

El presente trabajo estudia el comportamiento a flexión de perfiles de acero de secciones estructurales huecas (HSS), sometidos efectos de fatiga de ultra-bajo ciclaje (FUBC). La FUBC se hace presente cuando los esfuerzos superan el esfuerzo cedente del material, produciendo una disminución de su resistencia cada vez que se alcanza el mismo desplazamiento. El efecto de ultra-bajo ciclaje puede afectar a las estructuras civiles como las torres eólicas y las estructuras costa afuera. Se presentan ensayos experimentales y simulaciones numéricas usando el Modelo de Daño Concentrado (MDC). El MDC se basa en la teoría de plasticidad y mecánica del daño continuo. Los resultados obtenidos numéricamente se pueden comparar con los experimentales, teniendo un adecuado comportamiento y calibración de parámetros del modelo. Resultados numéricos se obtienen las deformaciones permanentes y el nivel de daño en el perfil HSS. El nivel de daño, representando físicamente el grado de pandeo local que presenta el perfil HSS, el cual es leve y su caída gradual de la carga por alcanzar desplazamientos repetitivos.

Citas

S. Oller, Fractura mecánica : un enfoque global, Centro Internacional de Métodos Numéricos en Ingeniería, 2001.

L.G. Barbu, S.H. Oller Martínez, J. Martínez García, H.A. Barbat Barbat, Computational Plasticity XIII proceedings of the XIII International Conference on Computational Plasticity - Fundamentals and Applications, held in Barcelona, Spain 1 - 3 September 2015, International Center for Numerical Methods in Engineering (CIMNE), 2015.

M. Kachanov, On the Concept of Damage in Creep and in the Brittle-Elastic Range, Int. J. Damage Mech., 3 (1994) 329–337.

J. Lemaitre, J.-L. Chaboche, Aspect phénoménologique de la rupture par endommagement, J. Mécanique Appliquée, Vol.2, No.3, Pp.317-365, (1978).

K. Saanouni, A. Abdul-Latif, Micromechanical modeling of low cycle fatigue under complex loadings — Part I Theoretical formulation, Int. J. Plast., 12 (1996) 1111–1121.

R. Kunc, I. Prebil, Low-cycle fatigue properties of steel 42CrMo4, Mater. Sci. Eng. A, 345 (2003) 278–285.

R. Febres, P. Inglessis, J. Flórez-López, Modeling of local buckling in tubular steel frames subjected to cyclic loading, Comput. Struct., 81 (2003) 2237–2247.

C. Ovalle Rodas, F. Zaïri, M. Naït-Abdelaziz, A finite strain thermo-viscoelastic constitutive model to describe the self-heating in elastomeric materials during low-cycle fatigue, J. Mech. Phys. Solids, 64 (2014) 396–410.

N. Guerrero, M.E. Marante, R. Picón, J. Flórez-López, Model of local buckling in steel hollow structural elements subjected to biaxial bending, J. Constr. Steel Res., 63 (2007) 779–790.

M.E. Marante, R. Picón, N. Guerrero, J. Flórez-López, Local Buckling in Three-Dimensional Frames: Experimentation and Simplified Analysis, Lat. Am. J. Solids Struct., 9 (2012).

M.E. Marante, J. Flórez-López, Three-dimensional analysis of reinforced concrete frames based on lumped damage mechanics, Int. J. Solids Struct., 40 (2003) 5109–5123.

R.P. Leonardo López, Maria Eugenia Marante, Análisis experimental de perfiles tubulares de pared delgada sometidos a fatiga de ultra-bajo ciclaje, Rev. Gac. Técnica, ISSN-e 1856-9560, 18 (2017) 23–34.

K.H. Nip, L. Gardner, C.M. Davies, A.Y. Elghazouli, Extremely low cycle fatigue tests on structural carbon steel and stainless steel, J. Constr. Steel Res., 66 (2010) 96–110.

E. Alarcón, A. Recuero, R. Perera, C. López, J.P. Gutiérrez, A. De Diego, R. Picón, J. Flórez-López, A repairability index for reinforced concrete members based on fracture mechanics, Eng. Struct., 23 (2001) 687–697.

J. Florez-Lopez, M.E. Marante, R. Picon, Fracture and damage mechanics for structural engineering of frames : state-of-the-art industrial applications, n.d.