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Abstract:
La fractura dúctil es el principal mecanismo de fallo en aleaciones metálicas utilizadas en
ingeniería y es primordial en los estudios de integridad estructural, junto con la corrosión
y la fatiga. Debido a ello, la importancia de este modo de fallo ha provoLa fractura dúctil es el principal mecanismo de fallo en aleaciones metálicas utilizadas en
ingeniería y es primordial en los estudios de integridad estructural, junto con la corrosión
y la fatiga. Debido a ello, la importancia de este modo de fallo ha provocado que ciertos
procesos de ingeniería requieran en una mayor medida del conocimiento de los fenómenos
de deformación y fractura de materiales dúctiles.
Esta tesis doctoral se centra en el análisis y la modelización del proceso de fractura
dúctil debido a la nucleación, crecimiento y coalescencia de microvacíos, con el fin de
estudiar algunos de los factores que afectan a estos procesos y de mejorar los modelos
constitutivos que describen estos fenómenos, teniendo en cuenta a su vez la influencia de
la deformación plástica y la velocidad de deformación plástica en el material.
En primer lugar, se propone un modelo constitutivo para materiales dúctiles viscoplásticos
con huecos cilíndricos en su interior, donde se desarrollan funciones de plastificación
analíticas que tienen en cuenta el proceso de crecimiento de microvacíos. Los resultados
de esta linea de investigación se comparan con otros modelos de materiales porosos con
dependencia de la velocidad de deformación.
Por otro lado, se desarrolla una extensión del modelo Gurson-Tvergaard, para materiales
sin dependencia con la velocidad de deformación, que añade el efecto de la triaxialidad
y del parámetro de Lode a través de los parámetros de ajuste del modelo, utilizando
simulaciones numéricas de modelos de celda unitaria tridimensionales con huecos esféricos
para su implementación y posterior validación.
Finalmente, se realiza un estudio sobre la interacción que se produce entre la localización
macroscópica y la coalescencia de microvacíos en materiales viscoplásticos,
dependiendo del estado tensional aplicado y del ángulo de orientación de la banda de
localización, mediante el estudio de simulaciones numéricas en modelos de celda unitaria
tridimensionales con huecos esféricos.[+][-]
Ductile fracture is the main failure mechanism in metal alloys used in engineering and
is essential in studies of structural integrity, along with corrosion and fatigue. Due
to this, the importance of this failure mechanism has caused that certain engineerinDuctile fracture is the main failure mechanism in metal alloys used in engineering and
is essential in studies of structural integrity, along with corrosion and fatigue. Due
to this, the importance of this failure mechanism has caused that certain engineering
processes require a deeper knowledge of the deformation and fracture phenomena in
ductile materials.
This doctoral thesis focuses on the analysis and modeling of ductile fracture process
as a consequence of nucleation, growth and coalescence of microvoids in the material,
in order to study some of the factors that affect these processes and to improve the
constitutive models that describe these phenomena; taking into account the influence of
plastic strain and plastic strain rate in the material.
First of all, a constitutive model for viscoplastic ductile materials with cylindrical
voids inside is proposed, where analytical macroscopic functions that take into account
the growth process of microvoids are developed. The results of this research are compared
with other porous materials models with dependence on strain rate.
On the other hand, an extension of the Gurson-Tvergaard model for materials without
dependence on strain rate is developed, which adds the effect of triaxiality and Lode
parameter through the parameters of the model, using numerical simulations of three dimensional
unit cell models with spherical voids for its implementation and subsequent
validation.
Finally, an analysis of the interplay that takes place between the macroscopic localization
and coalescence of microvoids in viscoplastic materials is carried out, depending
on the applied stress state and the orientation angle of the location band, by means of
the study of numerical simulations of three-dimensional unit cell models with spherical
voids.[+][-]