RT Dissertation/Thesis
T1 Criterios de fallo aplicables a polímeros de uso estructural sometidos a cargas impulsivas
A1 Aranda Ruiz, Josué
A1 Loya Lorenzo, José Antonio
AB El uso de materiales poliméricos para el diseño de componentes mecánicosque durante su vida en servicio pueden ser susceptibles de estar sometidosa cargas dinámicas y de impacto, ha sufrido un incremento en las últimasdécadas debido, entre otros, a la resistencia al impacto que presentan este tipode materiales, frente a otros de mayor peso y coste. En esta Tesis Doctoral sepresenta un modelo de daño capaz de predecir y reproducir la transición en elmodo de fallo que se produce en algunos de estos materiales.El modelo de daño propuesto es independiente del modelo constitutivo, yconsidera la competencia entre dos modos de fallo que actúan simultáneamente:uno frágil y otro dúctil. El criterio de fallo frágil se ha formulado de forma localy está basado en la tensión principal máxima que se alcanza en el material,estableciéndose la fractura del mismo en el instante en que dicha tensión principalmáxima alcanza un valor crítico, el cual se considera dependiente de lavelocidad de deformación. Por otro lado, el criterio de fallo dúctil establece ladegradación del material en función de su densidad de energía de deformación,permitiendo considerar un daño dúctil progresivo en el material. Este modelode daño se ha implementado mediante una subrutina de usuario en un códigocomercial de Elementos Finitos.La verificación del modelo de daño propuesto se ha realizado utilizandocomo polímero de referencia el Policarbonato, ya que recoge la transición enel modo de fallo de forma natural en condiciones normales de presión y temperatura.Para ello, se ha llevado a cabo una amplia campaña experimentalque incluye ensayos de caracterización y ensayos de validación que permitencontrastar las predicciones numéricas con su correspondiente resultadoexperimental, obteniéndose una buena correlación entre ambos. A raíz de estacomparación de resultados, se ha realizado un análisis detallado del procesode transición en el modo de fallo, destacando la necesidad de implementarsimultáneamente ambos criterios de daño.
AB The use of polymeric materials in the design of mechanical componentssubjected to impact and dynamic loads, has increased in the last decades dueto their impact resistance behavior, compared to other materials with greaterweight and cost. In this PhD Thesis is presented a damage model capable ofpredicting and reproducing the failure mode transition that may occurs in someof these materials.The proposed damage model is independent of the constitutive model, andconsiders the competition between two modes of failure acting simultaneously,one brittle and the other ductile. The criterion of brittle fracture has beenformulated locally and is based on the maximum main stress on the material,establishing the fracture when that maximum principal stress reaches a criticalvalue, which is dependent on the strain rate. On the other hand, the ductilefailure criterion establishes the degradation of the material as a function of itsstrain energy density, allowing a progressive ductile damage to be consideredin the material. This damage model has been implemented by means of a usersubroutine in a Finite Element code.The verification of the proposed damage model was carried out usingPolycarbonate as reference polymer, since it naturally exhibits failure modetransition under normal conditions of pressure and temperature. To this end,an extensive experimental campaign has been carried out, which includes characterizationtests and validation tests that allow the comparison of numericalpredictions with their corresponding experimental results, obtaining a goodcorrelation between both. As a result of this comparison, a detailed analysis ofthe transition process in the failure mode has been performed, highlighting theneed to simultaneously implement both failure criteria
YR 2017
FD 2017-03
LK https://hdl.handle.net/10016/25442
UL https://hdl.handle.net/10016/25442
LA spa
DS e-Archivo
RD 19 may. 2024