Estudio micromecánico de materiales compuestos laminados basado en la teoría de micromecánica del fallo

Resumen

EN LA PRESENTE TESIS SE REALIZA UN ESTUDIO A NIVEL MICROMECÁNICO DE MATERIALES COMPUESTOS BASADO EN LA TEORÍA DE MICROMECÁNICA DEL FALLO QUE PERMITE REPRODUCIR SATISFACTORIAMENTE RESULTADOS OBTENIDOS EXPERIMENTALMENTE. DEBIDO A LA FALTA DE HOMOGENEIDAD DE LOS MATERIALES REFORZADOS CON FIBRA, LOS ESTADOS TENSIONALES A NIVEL MICROSCÓPICO QUE SUFREN LOS CONSTITUYENTES SON MUY DIFERENTES DEL ESTADO TENSIONAL MACROSCÓPICO DE UN LAMINADO. SE ACEPTA LA HIPÓTESIS DE QUE ESTAS MICROTENSIONES SON LAS QUE INFLUYEN EN EL FALLO DE LOS CONSTITUYENTES Y QUE EVENTUALMENTE PRODUCEN EL FALLO DE LA ESTRUCTURA. PARA CONOCER LA DISTRIBUCIÓN DE LAS MICROTENSIONES SE PARTE DE UN MODELO DE ELEMENTOS FINITOS DE UNA CELDA UNIDAD REPRESENTATIVA DE UN LAMINADO UNIDIRECCIONAL EN EL QUE SE SUPONE UNA DISPOSICIÓN DE FIBRAS HEXAGONAL. PARA UNA MAYOR VERSATILIDAD, ES POSIBLE VARIAR TANTO EL VOLUMEN EN FIBRA COMO LA SECCIÓN TRANSVERSAL DE LA FIBRA, PERMITIENDO QUE TENGA UN ASPECTO CIRCULAR O ELÍPTICO. SE OBTIENEN LAS PROPIEDADES EFECTIVAS DEL MATERIAL Y LAS DISTRIBUCIONES EN TODA LA CELDA UNIDAD DE LOS DENOMINADOS FACTORES DE AMPLIFICACIÓN DE TENSIONES, QUE RELACIONAN LAS TENSIONES MICROSCÓPICAS EN LA FIBRA, MATRIZ E INTERFASE CON LAS MACROSCÓPICAS APLICADAS A LA LÁMINA. PARA COMPLETAR EL ENFOQUE MULTIESCALA, UTILIZANDO LA TEORÍA CLÁSICA DE PLACAS LAMINADAS E INCORPORANDO LAS CORTADURAS FUERA DE PLANO, SE CALCULAN LAS DEFORMACIONES PRODUCIDAS POR ESFUERZOS APLICADOS SOBRE UN LAMINADO. MEDIANTE LAS OPERACIONES MATRICIALES CORRESPONDIENTES Y EN COMBINACIÓN CON LOS FACTORES DE AMPLIFICACIÓN OBTENIDOS, SE OBTIENEN LAS TENSIONES A NIVEL DE CONSTITUYENTE. SE APLICAN CRITERIOS INDEPENDIENTES A LA FIBRA, A LA MATRIZ Y A LA INTERFASE PARA EVALUAR SI SE PRODUCE FALLO. UNA VEZ DETECTADO EL FALLO EN UNA LÁMINA, SE DEGRADAN LAS PROPIEDADES DE LA MISMA Y SE SIGUE UN PROCEDIMIENTO DE FALLO PROGRESIVO PARA CALCULAR EL VALOR DE ROTURA DE ÚLTIMA LÁMINA QUE REPRESENTA EL FALLO TOTAL DE LA ESTRUCTURA. ESTE PROCESO PERMITE ADEMÁS IR VIENDO CÓMO SE VA PRODUCIENDO EL FALLO EN LAS DIFERENTES LÁMINAS. FINALMENTE, SE COMPARAN LOS RESULTADOS OBTENIDOS CON RESULTADOS EXPERIMENTALES PARA DIFERENTES MATERIALES Y CONFIGURACIONES DE LAMINADOS PARA VALIDAR LA METODOLOGÍA PROPUESTA.