Estudio de los mecanismos de fractura de un acero de bajo carbono ante diferentes estados de carga biaxial empleando un dispositivo tipo Arcan

• Juan Manuel Anduquia ^[1] ; Santiago Vargas Salazar ^[1] ; Deisy Valeria Ortiz ^[1] ; Carlos Alberto Narváez Tovar ^[1] ; Rodolfo Rodríguez Baracaldo ^[1]
  1. [1] Universidad Nacional de Colombia

     Universidad Nacional de Colombia

     Colombia

     
• Localización: Ingeniare: Revista Chilena de Ingeniería, ISSN-e 0718-3305, ISSN 0718-3291, Vol. 30, Nº. 2, 2022, págs. 279-288
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Study of fracture mechanics on low carbon steel under different biaxial loading states using an Arcan type device
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• Resumen
  • español

    Este trabajo presenta un estudio de los mecanismos de fractura de un acero laminado de bajo carbono cuando es sometido a distintos estados de carga biaxial. Para la realización de los ensayos mecánicos se empleó un dispositivo tipo Arcan que se acopla a las mordazas de la máquina universal de ensayos y permite cambiar la orientación de la probeta respecto al eje de aplicación de la fuerza vertical, generando un estado de esfuerzo plano que varía desde la tensión uniaxial hasta el cortante puro, pasando a través de diferentes estados de esfuerzos combinados. Se eligió un acero AISI/SAE 1020 y se diseñó, con la asistencia de simulaciones de elementos finitos, una probeta mariposa cuya geometría específica concentra los esfuerzos críticos en el centro de su cuello. Se realizaron ensayos a tensión pura (0°), esfuerzo combinado con predominancia de esfuerzo cortante (60°) y cortante puro (90°). Se observó una clara deformación en los microvacíos generados en las probetas a 60° y 90° orientándolos en la dirección del esfuerzo cortante, favoreciendo su coalescencia y disminuyendo su resistencia mecánica. Aunque no se observó una diferencia apreciable en la morfología de la superficie de falla en las probetas a 60° y 90°, debido a la presencia predominante del esfuerzo cortante, sí se observa una clara diferencia con respecto a morfología de la probeta a 0°.

  • English

    This work aims to study the fracture mechanisms of a low carbon laminated steel under different biaxial stress states employing a universal testing machine with an Arcan type device. The chosen material was an AISI/SAE 1020 steel, A specific butterfly specimen geometry was designed with the aid of finite element simulations to concentrate critical stresses at the center of its neck. The Arcan device can change the specimen's orientation regarding the machine loading axis, generating different biaxial stress states. Tests were carried out on pure tension (0°), combined stress with a predominance of shear stress (60°), and pure shear (90°). An evident deformation was observed in the microvoids generated in the specimens at 60° and 90°, orienting them in the direction of the shear stress, favoring their coalescence, and decreasing their mechanical resistance. Although no apparent difference was observed between the failure surface morphologies of the specimens loaded at 60° and 90°, an evident difference was observed concerning the sample at 0° due to the dominant presence of shear stress.