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Modelización del comportamiento mecánico de una espuma metálica

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Publication date
2009-07
Defense date
2009
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Las nuevas aplicaciones ingenieriles para materiales que van surgiendo sucesivamente plantean nuevos requisitos técnicos cada vez más exigentes y específicos. Este aumento de las exigencias técnicas en las aplicaciones hace imprescindible la aparición de nuevos materiales o el desarrollo de algunos ya existentes pero infravalorados o ignorados durante años que satisfagan dichas exigencias. Los materiales celulares (sólidos provistos de cavidades o huecos que se suceden más o menos uniformemente en todas las direcciones del material) constituyen una familia de materiales utilizada desde la antigüedad en innumerables y diversas aplicaciones. Pero históricamente todas estas aplicaciones han estado normalmente alejadas de cualquier fin estructural debido varias razones relacionadas con la complejidad que encierra la propia estructura interna del material poroso:  A no ser que se pueda obtener directamente de la naturaleza (como la madera), la fabricación conlleva generalmente complejos procesos.  La propia complejidad de los diferentes procesos de fabricación genera cierta aleatoriedad en las propiedades finales del material difícilmente controlable; lo que plantea evidentes problemas para la fabricación en serie.  La modelización numérica es muy compleja como consecuencia de la complejidad morfológica como de la citada aleatoriedad. Por otra parte, en estos materiales se da una confluencia de propiedades únicas: gran rigidez específica, ligereza, gran capacidad de absorción de energía por deformación... Además, poseen un amplio rango de valores para cada propiedad fácilmente obtenible variando los numerosos parámetros de fabricación. Por tanto, los materiales celulares son candidatos a ser empleados en multitud de campos. Las espumas metálicas forman un subgrupo dentro de esta familia que, por sus favorables propiedades mecánicas, son los sólidos celulares más adecuados para aplicaciones estructurales. Precisamente, este proyecto se centra en las espumas metálicas para intentar convertirse en un punto de partida y referencia para futuros trabajos en este campo dentro de la universidad. Se aborda en primer lugar una descripción detallada de los materiales celulares en general y de las espumas metálicas en concreto.Esta descripción incluye:  Descripción y clasificación de de este tipo de materiales.  Estudio de la unidad básica de dichos materiales: la celda.  Procesos de fabricación.  Propiedades de los materiales celulares y de las espumas metálicas.  Aplicaciones de los citados tipos de material. En segundo lugar, se presentan y se desarrollan las herramientas numéricas disponibles en Abaqus para la moidelización de las espumas metálicas. Se describen detalladamente los dos modelos numéricos existentes en Abaqus con estos fines. Una vez descritos los modelos numéricos,se procede a la calibración de dichos modelos a partir de resultados experimentales a los que se ha tenido acceso. Se proponen varias calibraciones para poder comparar los resultados obtenidos de cada una de ellas. Por último, se realizan varias simulaciones numéricas de distintos procesos de carga. Se comparan resultados experimentales y numéricos para la validación de los dos modelos numéricos haciendo énfasis en:  Comprobación de la eficacia de las calibraciones.  Estudio y valoración de la capacidad de los modelos numéricos para ajustarse al comportamiento real de las espumas metálicas.
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Keywords
Mecánica de sólidos, Método de elementos finitos, Materiales, Materiales celulares
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