Tesis:
Mechanical behavior of nonwoven felts.
- Autor: RIDRUEJO RODRIGUEZ, Alvaro
- Título: Mechanical behavior of nonwoven felts.
- Fecha: 2011
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS
- Departamentos: CIENCIA DE LOS MATERIALES
- Acceso electrónico: http://oa.upm.es/6671/
- Director/a 1º: GONZALEZ MARTINEZ, Carlos
- Director/a 2º: LLORCA MARTINEZ, Javier
- Resumen: Los fieltros son materiales fabricados a partir de agrupaciones desordenadas de fibras que se consolidan mediante enlaces de distintos tipos. Durante los últimos años las aplicaciones industriales de estos materiales han experimentado un rápido crecimiento gracias a la incorporación de nuevas fibras y procedimientos de consolidación. Con el propósito de tener una mayor perspectiva, en este estudio se han elegido dos fieltros distintos. El primero de ellos es un fieltro de fibra de vidrio unido por un adhesivo orgánico en las intersecciones entre haces de fibras. El segundo es un geotextil comercial compuesto de fibra continua de polipropileno consolidado por unión térmica. Los micromecanismos de deformación y daño del fieltro de fibra de vidrio se analizaron mediante una combinación de experimentos y simulaciones numéricas. Se llevaron a cabo ensayos mecánicos a tracción sobre muestras rectangulares con y sin entalla para estudiar los fenómenos físicos que controlan el desarrollo del daño. Como resultado, se ha encontrado que la fractura comenzaba en los enlaces entre haces de fibras, continuaba con el deslizamiento entre haces y que conllevaba a la localización del daño en una franja relativamente ancha. El comportamiento mecánico del fieltro hasta fractura se modeló mediante la simulación por elementos finitos de una red bidimensional aleatoria de fibras donde las características geométricas de la red y las propiedades constitutivas fueron obtenidas de los experimentos sobre el fieltro real. Siguiendo las observaciones experimentales, el modelo incluía la rotura por decohesión entre haces y la disipación de energía por rozamiento entre ellos. Los resultados de las simulaciones mostraron un buen acuerdo con los experimentos tanto en su respuesta macroscópica como en los mecanismos microscópicos. Las simulaciones contribuyeron a explicar algunas de las características particulares de los datos experimentales, incluyendo el efecto de las dimensiones de las probetas sobre la resistencia, así como el comportamiento insensible a entalla que presenta el material. Además, se utilizó el modelo numérico para investigar en este material el patrón de localización del daño bajo solicitación biaxial y uniaxial en ejes mutuamente transversales. Se averiguó que la localización de la grieta en los fieltros estaba controlada por la máxima tensión normal aplicada independientemente del camino de carga. La sensibilidad a entalla de los fieltros era limitada y la presencia de una entalla no modificaba la trayectoria de la grieta. Análogamente, se procedió a analizar los mecanismos de deformación y fractura del geotextil de polipropileno en una amplia gama de velocidades de deformación. Se consideraron dos casos (probetas entalladas y no entalladas) para comprobar cómo se modifican dichos mecanismos en presencia de concentración de tensiones. El fieltro de polipropileno presentaba una gran deformabilidad y capacidad de absorción de energía, que disminuía con la velocidad de deformación, así como una considerable resistencia, que a su vez aumentaba con la velocidad de deformación. El material mostraba un comportamiento insensible a entalla al disminuir la concentración de tensiones en la punta de la grieta por un gran enromamiento causado por un fenómeno de reacomodación de las fibras. Se utilizaron diversas técnicas experimentales para establecer la secuencia de procesos de deformación y fallo y relacionar estos micromecanismos con el comportamiento macroscópico. Al contrario que en el caso del fieltro de fibra de vidrio, la alta densidad del geotextil de polipropileno no permite el modelado completo de la microestructura del fieltro. Para afrontar el problema, se presenta un modelo constitutivo para el comportamiento mecánico. El modelo está basado en el método de los elementos finitos y proporciona la respuesta constitutiva de un mesodominio del material que se corresponde con el área de un elemento finito. El modelo se construye sobre tres bloques básicos: el tejido, las fibras y el daño introducido. La formulación tensorial de la respuesta del tejido tiene en cuenta con rigor el efecto de rotación de las fibras e incluye el comportamiento no lineal de las fibras. A su vez, los distintos mecanismos de daño observados experimentalmente se introducen de un modo fenomenológico. Asimismo, la naturaleza aleatoria de los fieltros entra en el modelo mediante un método de Monte Carlo que determina los umbrales de daño. Los resultados del modelo se validan con los resultados experimentales de los ensayos de tracción sobre probetas sin y con entalla descritos en los apartados anteriores.