Análisis numérico y simulación de la mecánica de fractura en tuberías forzadas

Abstract

El presente trabajo tiene como objetivo establecer un método basado en el estándar BS 7910 para el estudio de la mecánica de fractura en tuberías de presión que presentan defectos en su interior. Se determina la integridad estructural del elemento a través de un diagrama de evaluación de fallos donde se gráfica el índice de fallo por fractura en el eje vertical y el índice de fallo por colapso plástico en el eje horizontal. Mediante la ubicación del punto inicial se calcula el factor de seguridad y se define si el elemento está apto para el servicio o si se deberá realizar una acción correctiva para que siga operando; posteriormente se analiza el crecimiento de la fisura, donde se determina el punto crítico de rotura de la tubería y por ende su vida útil. Para dar mayor relevancia al proyecto se realiza la simulación de la mecánica de fractura en ANSYS, donde se determina el factor de intensidad de esfuerzos mediante la herramienta fractura y también se calcula la vida útil del elemento a través de un análisis de fatiga. En este apartado se recomienda el uso de elementos tetraédricos para el mallado global de la tubería y una configuración de telaraña para el mallado en la punta de la fisura. Posteriormente se realiza una tabla comparativa de los parámetros determinados a través del análisis numérico y por simulación donde se obtuvo un error de 3.24% denotando la simplicidad de la ley de Paris.