Simulación computacional de propagación de fractura frágil en sólidos a través del método de phase-field

Abstract

La simulación numérica con el objetivo de predecir mecanismos de fallo asociados a la iniciación y propagación de fractura es de extrema importancia en el sector industrial. Los métodos numéricos actuales empleados en la mecánica de fractura se pueden clasificar en dos grupos principales: métodos discretos y métodos regularizados. En el enfoque discreto cabe destacar el método llamado eXtended Finite Element Method (XFEM), donde la fractura es tratada como una discontinuidad fuerte que se propaga a través de los elementos de la malla de elementos finitos. Esto se consigue con un enriquecimiento del campo de desplazamientos en dichos elementos, añadiendo grados de libertad extra y funciones de forma enriquecida que satisfacen la partición de unidad. Las principales desventajas de los métodos discretos son: (i) necesitan un criterio ad-hoc para la nucleación y propagación de fractura; (ii) la dificultad intrínseca para la simulación de patrones geométricos complejos de fractura. En este TFG se va a emplear el método llamado phase-field, perteneciente el grupo de los métodos regularizados. En este método, la fractura es aproximada por un parámetro escalar llamado phase-field, que suaviza (regulariza) discontinuidades sobre una región pequeña. La implementación computacional de este método es considerablemente más sencilla que la del método XFEM. Además, el método phase-field no presenta las dos desventajas comentadas anteriormente y asociadas al XFEM.