Tesis:
High fidelity simulations of failure in fiber-reinforced composites.
- Autor: SADABA CIPRIAIN, Sergio
- Título: High fidelity simulations of failure in fiber-reinforced composites.
- Fecha: 2014
- 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/30310/
- Director/a 1º: GONZALEZ MARTINEZ, Carlos Daniel
- Director/a 2º: LLORCA MARTINEZ, Javier
- Resumen: Los ensayos virtuales de materiales compuestos han aparecido como un nuevo concepto dentro de la industra aeroespacial, y disponen de un vasto potencial para reducir los enormes costes de certificación y desarrollo asociados con las tediosas campañas experimentales, que incluyen un gran número de paneles, subcomponentes y componentes. El objetivo de los ensayos virtuales es sustituir algunos ensayos por simulaciones computacionales con alta fidelidad. En esta tesis, se propone la aproximación de multiescala para predecir el comportamiento mecánico de un laminado de material compuesto dadas las propiedades de la lámina y la intercara. Para ello es esencial establecer un procedimiento de simulación mesomecánico capaz de reproducir los mecanismos de fallos relevantes de laminados de carbono o vidrio, dadas las propiedades de la lámina. La mecánica de daño continuo (CDM) formula el daño intralaminar a nivel constitutivo de material. El modelo de daño intralaminar se combina con elementos cohesivos para representar daño interlaminar. Se desarrolló e implementó un modelo de daño continuo, y se aplicó a configuraciones simples de ensayos en laminados: impactos de baja y alta velocidad, ensayos de tracción con y sin agujero, tests a cortadura. El análisis del método y la correlación con experimentos sugiere que los métodos son razonablemente adecuados para los test de impacto, pero insuficientes para el resto de ensayos. Para superar estas limitaciones de CDM, se ha mejorado la aproximación discreta de elementos finitos enriqueciendo la cinemática para incluir discontinuidades embebidas: el método extendido de los elementos finitos (X-FEM). Se adaptó X-FEM para un esquema explícito de integración temporal y se implementó. El método es capaz de representar cualitativamente los mecanismos de fallo detallados en laminados. Sin embargo, los resultados muestran inconsistencias en la formulación que producen resultados cuantitativos erróneos. Por último, se ha revisado el método tradicional de X-FEM, y se ha desarrollado un nuevo método para superar sus limitaciones: el método cohesivo X-FEM estable. Las propiedades del nuevo método se estudiaron en detalle, y se concluyó que el método es robusto para implementación en códigos expícitos dinámicos escalables, resultando una nueva herramienta útil para la simulación de daño en composites.