Analytical and numerical predictions by LEBIM and FFM for interface cracks in composites and their joints

• Autores: María del Mar Muñoz-Reja Moreno
• Directores de la Tesis: Luis Arístides Távara Mendoza (dir. tes.), Vladislav Mantič (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Sevilla ( España ) en 2021
• Idioma: español
• Número de páginas: 202
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Idus
• Resumen

  • El uso de materiales compuestos en diferentes sectores industriales está adquiriendo una relevancia particular en las últimas dos décadas como consecuencia de su superioridad en la relación rigidez-resistencia, en comparación con los metales. Debido a su naturaleza compleja, el daño en los materiales compuestos depende inevitablemente de su estructura interna. En este sentido, la integridad de estos materiales está determinada, entre otras condiciones, por la durabilidad y resistencia de sus juntas adhesivas e interfaces en general. La adhesión en estas interfases debe garantizarse en varios niveles de la estructurales, es decir, en las interfaces fibra-matriz, interfaces entre capas unidireccionales en laminados, juntas entre laminados y piezas, etc. Así, una de las principales preocupaciones para diseñar este tipo de estructuras es la adecuada caracterización de las interfaces entre sólidos a micro, meso y macroescala. El Modelo Elástico Lineal de Interfases Frágiles LEBIM, propuesto por otros autores, ha demostrado ser una herramienta eficaz y rápida para predecir el inicio del daño y su propagación. Sin embargo, debido a su sencillez, tres propiedades mecánicas de la interfase están directamente relacionadas entre sí: la energía de fractura de la interfase, la resistencia a la fractura y la rigidez. Por lo tanto, si se definen dos de ellos (generalmente la tenacidad y la resistencia a la fractura), entonces también queda definida la tercera característica, lo que generalmente conduce a una inadecuada caracterización de la interfase. Otra desventaja del LEBIM es que la propagación del daño siempre debe tener un crecimiento infinitesimal, similar a la teoría de la Mecánica de la Fractura Elástica Lineal (LEFM). Sin embargo, en algunos procesos de fractura, la falla ocurre instantáneamente, lo que conduce a un crecimiento de grietas con una longitud finita. Una forma de superar estos inconvenientes es aplicar el enfoque del Criterio Acoplado de la Mecánica de Fractura Finita (CCFFM) al LEBIM, que hace que la rigidez se convierta en una variable independiente. Además, la teoría de Mecánica de Fractura Finita (FFM) asume que las grietas se forman instantáneamente con una longitud finita. El CCFFM se basa en que el criterio tensional y el criterio energético deben ser satisfecho, simultáneamente, para producir el inicio y la propagación del fallo. En consecuencia, las dos condiciones pueden proporcionar la carga crítica del fallo de la interfase y la longitud de la grieta crítica (finita). El objetivo de esta tesis es el estudio de un modelo de fallo de interfases basado en el CCFFM aplicado al LEBIM (CCFFM + LEBIM), junto con la producción de herramientas analíticas y numéricas basadas en este nuevo criterio. Además, estas herramientas se utilizan para estudiar problemas específicos en los que estén presentes los materiales compuestos y sus uniones. Las tareas que se llevan a cabo para cumplir con estos objetivos generales se describen a continuación: • Desarrollo de la formulación analítica del criterio acoplado aplicado a la LEBIM. • Implementaciones numéricas adecuadas basada en el CCFFM + LEBIM. • Estudio de casos particulares relevantes de mecanismos de daño, en forma de aparición y crecimiento de fisuras a macro y microescala por CCFFM + LEBIM. El objetivo de este punto es analizar el alcance de la metodología desarrollada en esta tesis, tanto numérica como analíticamente.