ASME Sección VIII Div.2, Parte 5 (DBA). ¿Por qué es importante el límite 2 x Sy? Shakedown elástico

Consideremos, por ejemplo, un recipiente a presión completamente presurizado con una carga aplicada en la boquilla como se muestra en la imagen. Esta carga crea un esfuerzo de flexión (esfuerzo secundario) en la unión entre la boquilla y el cabezal. En el lado izquierdo de la boquilla, esta carga crea un valor de deformación ε1 (ver más abajo), algo más allá del punto de fluencia, como se muestra en la imagen. Dado que estamos considerando el caso de un esfuerzo secundario, se asume que naturaleza de la carga es tal que hace que la deformación sea cíclica de cero a ε1 y de regreso a cero (autolimitante). Cuando se retire la carga, quedará presente un esfuerzo de compresión residual en el área de la unión bajo estudio.

Echemos un vistazo más de cerca a esto. Como se indica, la carga aplicada ha creado un valor de deformación ε1, algo más allá del punto de fluencia, como se muestra en el camino 0AB (ver más abajo). La tensión elástica calculada sería S1=E x ε1. Cuando se elimina la carga, estará presente un esfuerzo de compresión residual – S1. De hecho, la magnitud del esfuerzo de compresión residual es S1 – Sy. En cualquier carga posterior, esta compresión residual debe eliminarse antes de que el componente entre en tensión y, por lo tanto, el rango elástico haya aumentado en la cantidad S1 – Sy. Esto se conoce como Shakedown Elástico.

Ahora, supongamos que en un ciclo posterior la carga aplicada mueve la deformación hasta el punto D (ver más abajo), esto corresponde con ε2. La tensión elástica calculada que corresponde a este valor de deformación sería S2=E x ε2. Se puede observar que S2 > 2Sy. Dado que la magnitud del esfuerzo de compresión residual seguirá siendo la misma, ahora la línea de descarga llega al punto E, demostrando que la fibra externa de la boquilla cede en compresión con la deformación plástica correspondiente. Si la carga cíclica no se incrementa, en los ciclos posteriores no se acumulará deformación plástica. Esto se conoce como Shakedown Plástico.

De este análisis, se puede observar que mientras los niveles de esfuerzo inducidos por la carga (S1), sean menores o iguales a dos veces Sy, el rango elástico pasa a ser 2 Sy y el esfuerzo elástico secundario calculado «se sacudirá» hasta una acción puramente elástica. Esto explica por qué el límite impuesto por los códigos de construcción a los esfuerzos secundarios, o más bien a su variación, es exactamente el doble del límite elástico.

Para más información:

ASME VIII | Diseño de Recipientes sometidos a Presión

ASME VIII División 2 | Diseño de Recipientes a Presión por Análisis