7th IMRMPT

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English title:	Crack Growth Analysis Using the Dual Boundary Element Method, an Application in MATLAB
Spanish title:	An�lisis de crecimiento de grieta utilizando el m�todo dual de elementos de contorno, un aplicativo en MATLAB
English abstract:	Integrity engineering predicts the service life of mechanical components under fatigue conditions as a function of the number of load cycles, a parameter that depends on the reliability of the element and must be calculated. High reliability is usually achieved by fracture mechanics design, where controlled crack propagation is analyzed until element failure. It has been identified the necessity to make a transition from the traditional design model based on the Basquin curve to crack growth models that are well defined in the literature; however, the fracture mechanics analysis can only be developed analytically for simple geometries with simplifications, which then implies the use of numerical methods and advanced software in the design process. Existing fracture mechanics software can perform both analysis and visualization of the phenomenon by highly skilled users at high computational cost, proving that these computational packages are not an effective solution and can hardly be used as learning tools in the classroom. This work presents the development of software for crack growth analysis using the dual boundary element method, a method that reduces computational cost by solving only the element boundary and shows multiple advantages for solving complex geometries with mixed boundary conditions, applied to two-dimensional simulations in homogeneous and isotropic materials. The software has been designed as a modular MATLAB application with the goal of providing an easy-to-use tool for solving fatigue crack growth simulation problems. The results suggest that an easily portable software has been developed that can be used without MATLAB, is suitable for the generation of new simulations in research and teaching, allows the visualization of the propagation phenomenon and the fundamental variables in crack growth analysis, and presents a logical sequence in the use of numerical methods. The simulations were validated with experimental data and with different simulations using the finite element method. Finally, the shortcomings and future perspectives are discussed. Keywords: Computational Solid Mechanics, Dual Boundary Element Method, Fracture Mechanics, Fatigue Crack Growth.
Spanish abstract:	Para componentes mec�nicos solicitados en fatiga, la ingenier�a de integridad predice su vida �til en funci�n del n�mero de ciclos de carga, par�metro que depende de la confiabilidad del elemento y que debe calcularse. Una pr�ctica com�n para obtener una alta confiabilidad es el dise�o por mec�nica de la fractura, en donde se analiza la propagaci�n controlada de una grieta hasta la falla del elemento. Actualmente se ha identificado la necesidad de realizar una transici�n desde el modelo tradicional de dise�o basado en la curva de Basquin hacia modelos de crecimiento de grieta que se encuentran bien definidos en la literatura, no obstante, el an�lisis de mec�nica de fractura solo se puede desarrollar de manera anal�tica para geometr�as sencillas con simplificaciones, lo que implica entonces, hacer uso de m�todos num�ricos y software especializados en el proceso de dise�o. En los software de mec�nica de fractura existentes se logra ejecutar un an�lisis y visualizaci�n del fen�meno por usuarios altamente capacitados en la materia, con un elevado costo computacional, lo que evidencia que estos paquetes computacionales no representan una alternativa eficaz de soluci�n y dif�cilmente pueden ser utilizados como herramientas de aprendizaje en el aula. Este trabajo presenta el desarrollo de un software para el an�lisis de crecimiento de grieta utilizando el m�todo dual de elementos de contorno, m�todo que disminuye el costo computacional al solucionar �nicamente el contorno del elemento y que muestra m�ltiples beneficios para solucionar geometr�as complejas con condiciones mixtas de frontera, aplicado para simulaciones bidimensionales en materiales homog�neos e isotr�picos. El software fue dise�ado por m�dulos a manera de aplicativo en MATLAB, con el prop�sito de obtener una herramienta de f�cil operaci�n para la soluci�n por simulaci�n del crecimiento de grieta por fatiga. Los resultados obtenidos indican que se despleg� un software de f�cil distribuci�n que no necesita de MATLAB para su operaci�n, que es vers�til para la generaci�n de nuevas simulaciones en investigaci�n y ense�anza, que permite la visualizaci�n del fen�meno de propagaci�n y de variables fundamentales en el crecimiento de grieta y que presenta una secuencia l�gica en el desarrollo del m�todo num�rico. Las simulaciones se validaron con datos experimentales y con varias simulaciones que utilizaron el m�todo de elementos finitos. Finalmente se discuten las limitaciones y perspectivas futuras del aplicativo desarrollado. Palabras clave: Mec�nica de s�lidos computacional, M�todo Dual de Elementos de Contorno, Mec�nica de fractura, Crecimiento de Grieta.
Topic:
Presentation Type:
Speaker:

Authors

Name	Institution	Email
Jairo Andr�s Mantilla Villalobos	Universidad industrial de Santander	jairo2218051@correo.uis.edu.co
Robin Alexis Cristancho Perilla	Universidad Industrial de Santander	robin2228338@correo.uis.edu.co
Oscar Rodolfo Bohorquez Becerra	Universidad Industrial de Santander	obohorbe@correo.uis.edu.co
Manuel del Jes�s Mart�nez	Universidad industrial de Santander	mjmartin@uis.edu.co

Presentation

Room:	Principal Room
Date:	June 9, 2023
Hour:	09:00 - 09:20

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7^th IMRMPT
Seventh International Meeting for Researchers in Materials and Plasma Technology

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