Un método analítico para el estudio del comportamiento en fractura de materiales cuasifrágiles

• Autores: Edgardo Ignacio Villa Canessa
• Directores de la Tesis: José Fernández-Sáez (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Carlos III de Madrid ( España ) en 2007
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Ramón Zaera Polo (presid.), Lourdes Rubio (secret.), Alfonso Carlos Fernández Canteli (voc.), Eugenio Giner Maravilla (voc.), Claudio Guillermo Rocco (voc.)
• Materias:
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología de materiales
      • Propiedades de materiales
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: e-Archivo
• Resumen

  • En la presente Tesis Doctoral se propone un nuevo método analítico para el estudio del comportamiento en fractura de materiales con comportamiento cuasifrágil, dentro del marco de los Modelos de Fisuración Cohesiva y basado en la utilización de funciones de Bueckner. Se ha desarrollado un algoritmo para integrar el sistema de ecuaciones resultante, y se ha implementado en el entorno de programación MATLAB para aplicarlo a la resolución de casos prácticos. El método propuesto ha sido validado numéricamente, comparando sus predicciones con los resultados obtenidos utilizando el Método de los Elementos Finitos, así como otros métodos recogidos en la literatura. Los casos de validación analizados cubren un amplio némero de problemas, relativos al comportamiento en fractura de probetas de materiales con comportamiento cuasifrágil. El método también ha sido validado experimentalmente, mediante la realización de ensayos de flexión en tres puntos utilizando probetas fisuradas de un polímero cuasifrágil, el PoliMetilMetAcrilato (PMMA). Se ha comprobado su capacidad para predecir el comportamiento en fractura de dicho material, y se ha verificado además que reproduce los resultados experimentales obtenidos por otros autores, utilizando probetas compactas del mismo material. Los resultados de la validación, tanto numérica como experimental, permiten afirmar que la exactitud el método propuesto es comparable a la de otros métodos disponibles en la actualidad para la resolución de este tipo de problemas. Sin embargo, tiene con respecto a éstos importantes ventajas que se traducen en una mayor facilidad para cambiar tanto la geometría como el tamaño del sólido, y es más versátil para analizar materiales con longitudes características diferentes, con un importante ahorro tanto de tiempo como de coste computacional. ___________________________________________ In this PhD. Thesis, a new analytic method for the study of the fracture behaviour of quasi-brittle materials is put forward, within the framework of the Cohesive Zone Models and based on the use of Bueckner functions. An algorithm to solve the system of equations resultant has been developed. It has been implemented in MATLAB to apply to solve practical cases. The proposed method has been numerically validated comparing its predictions with the obtained results using the Finite Element Method, as well as other methods taken from the bibliography. The cases of validation analysed cover a wide number of problems related to the fracture behaviour of quasi-brittle materials. The suggested method has also been experimentally validated, by performing threepoint bending tests on PolyMethylMethAcrylate (PMMA) cracked specimens. It has been proved that the model is capable of predicting the fracture behaviour of such material. The results of the numerical and experimental validation allow us to claim that the proposed method has a similar accuracy to other available methods for solving this kind of problems. The suggested method, however, has important advantages, such as a better ability to modify the geometry as well as the size of the test specimens, and it permits to analyze the fracture behaviour of materials with different characteristic length, leading to an important saving of time as well as computing cost.