Análisis experimental y numérico del proceso de perforación de aluminio en ensayos de punzonado dinámico

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dc.contributor.advisor Arias Hernández, Ángel
dc.contributor.author Funes Vecino, Iago
dc.date.accessioned 2016-06-09T09:28:29Z
dc.date.available 2016-06-09T09:28:29Z
dc.date.issued 2015-06
dc.date.submitted 2015-07-10
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/10016/23179
dc.description.abstract En los últimos años, en muchos campos de la ingeniería se han realizado estudios exhaustivos sobre el comportamiento de las aleaciones de metales con los requisitos fundamentales de las propiedades de peso ligero y la integridad estructural. En particular, las aleaciones de aluminio están siendo ampliamente introducidas en los sectores automovilístico y aeronáutico. Por lo tanto, es necesario un análisis exhaustivo en términos de tensiones aplicadas y realizar predicciones de fallo en estructuras complejas. Esto hace necesario el estudio de los fenómenos de fractura de los metales bajo diferentes condiciones de carga con el fin de proponer un criterio de fractura preciso. Trabajos recientes sobre la fractura cuasi-estática han demostrado que deberían tenerse en cuenta las dependencias de la ductilidad con la triaxialidad y el parámetro de Lode. Sin embargo, esta dependencia no se ha investigado bajo condiciones dinámicas. De acuerdo a la necesidad de estudio de la influencia de la triaxialidad y el parámetro de Lode con el comportamiento mecánico de estos materiales, en este Trabajo Fin de Grado, se ha llevado a cabo un análisis experimental y numérico del proceso de perforación de probetas de aluminio de aleaciones 2024-T3 (AA 2024-T3) y 5754 (AA 5754). Se ha estudiado el comportamiento de estas aleaciones frente a distintas configuraciones de ensayo de punzonado dinámico. Se han empleado tres geometrías de probeta para cada una de las aleaciones consideradas. Estas geometrías presentan unos valores de triaxialidad y parámetro de Lode asociados. De esta manera se ha analizado la influencia de estos dos parámetros en la deformación de fallo del material. En primer lugar, se ha desarrollado un procedimiento experimental sobre probetas de AA 2024-T3 y probetas de AA 5754. Se han llevado a cabo ensayos de punzonado dinámico cubriendo un rango de velocidades de impacto desde 0.78 m/s hasta 5 m/s, con una masa constante de 5.635 kg. Para estas condiciones, el rango de energía cinética de impacto comprende desde 1.71 J hasta 70.43 J. Mediante el diseño y fabricación de un útil específico para la realización de estos ensayos se ha asegurado la repetitividad de las condiciones de ensayo. Se ha observado que la AA 2024-T3 tiene un comportamiento más rígido que la AA 5754. Se puede apreciar mayor deflexión máxima alcanzada en las probetas de AA 5754. Esto indica una mayor deformación de fallo que implica un comportamiento más dúctil de esta aleación frente a la AA 2024-T3. Para una mejor comprensión del proceso de perforación y una mejor evaluación de la influencia de la triaxialidad y el parámetro de Lode, se ha implementado un modelo numérico representativo de los ensayos realizados sobre la AA 2024-T3. El comportamiento de este material se ha definido a partir de un criterio de plastificación J2 Von Mises, una ley de endurecimiento Johnson-Cook y un criterio de fallo Johnson-Cook. Este modelo ha sido validado con ensayos experimentales en términos de curvas fuerza-desplazamiento. A partir de los resultados aportados por las simulaciones numéricas se ha analizado la dependencia de la deformación de fallo con el parámetro de Lode, lo que ha permitido desarrollar una modificación en el criterio de fallo añadiendo un término dependiente con el parámetro de Lode.
dc.description.abstract In recent years, many engineering fields require a comprehensive study of the behaviour of metal alloys with the fundamental requirements of lightweight properties and structural integrity. In particular, aluminium alloys are being widely introduced for building automobile and aircraft structures .Thus, an exhaustive effort has been applied in order to conduct stress analysis and perform failure predictions on complex structures. This makes necessary to study the fracture phenomena of metals under different load conditions in order to propose accurate fracture criterion. Recent work on quasi-static fracture has shown that the dependence of ductility on the stress triaxiality and Lode parameter must be accounted for, but this dependence has not been investigated in the dynamic conditions. In order to study the influence of the triaxiality and the Lode parameter on the mechanical behavior of these materials, in this Work Order Degree, it has been performed an experimental and numerical analysis for the perforation process of aluminum 2024-T3 (AA 2024-T3) and aluminum 5754 (AA 5754) specimens. . The behavior of these materials against different dynamic punching test configuration has been studied. Each geometry shows a specific value of triaxiality and Lode parameter. By this way, the dependency of the failure plastic strain on these parameter has been analized. First of all, in this Work Order Degree, a specific experimental procedure has been developed over AA 2024-T3 and AA 5754 specimens. Dynamic punching experimental tests have been performed, in a drop tower weight machine. It has been covered a velocity range from 0.78 m/s up to 5m/s, and a constant mass value of 5.635kg. Thus, for this conditions, the energy range goes from 1.71 J up to 70.43 J. A specific tool for performing the tests has been designed and produced for ensuring the repeatability of the tests conditions. A significant difference in terms of deflection has been observed, being AA 5754 the alloy which has the bigger deflection. This fact shows a greater amount of energy absorbed by the specimen, and as a result, this alloy shows a far greater ductile behavior in AA 5754. Moreover, for understanding better the perforation process and for impoving the analysis of the influence of the triaxiality and the Lode parameter, a representative numerical model has been implemented for AA 2024-T3. The behavior of this alloy has been defined from a J2 Von Mises plastifiying criterion has been used, as well as a Johnson-Cook hardening law and a Johnson-Cook failure criterion. This model have been validated in terms of force-displacement curves. The curves from numerical model data have been compared against curves from the experimental test data. From the results obtained from the numerical model data, a failure plastic strain dependency on the traixiality and the Lode parameter it has been analyzed. This has let develop a modification of the failure criterion by adding a term depending on the Lode parameter.
dc.format.mimetype application/pdf
dc.language.iso spa
dc.rights Atribución-NoComercial-SinDerivadas 3.0 España
dc.rights.uri http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/es/
dc.subject.other Aleaciones
dc.subject.other Aluminio
dc.subject.other Mecánica de sólidos
dc.subject.other Comportamiento de materiales
dc.subject.other Ensayo de materiales
dc.subject.other Análisis numérico
dc.title Análisis experimental y numérico del proceso de perforación de aluminio en ensayos de punzonado dinámico
dc.type bachelorThesis
dc.subject.eciencia Materiales
dc.rights.accessRights openAccess
dc.description.degree Ingeniería en Tecnologías Industriales
dc.contributor.departamento Universidad Carlos III de Madrid. Departamento de Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras
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