Criterios de fallo aplicables a polímeros de uso estructural sometidos a cargas impulsivas

Resumen

El uso de materiales poliméricos para el diseño de componentes mecánicos que durante su vida en servicio pueden ser susceptibles de estar sometidos a cargas dinámicas y de impacto, ha sufrido un incremento en las últimas décadas debido, entre otros, a la resistencia al impacto que presentan este tipo de materiales, frente a otros de mayor peso y coste. En esta Tesis Doctoral se presenta un modelo de daño capaz de predecir y reproducir la transición en el modo de fallo que se produce en algunos de estos materiales. El modelo de daño propuesto es independiente del modelo constitutivo, y considera 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 local y 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 principal máxima alcanza un valor crítico, el cual se considera dependiente de la velocidad de deformación. Por otro lado, el criterio de fallo dúctil establece la degradación del material en función de su densidad de energía de deformación, permitiendo considerar un daño dúctil progresivo en el material. Este modelo de daño se ha implementado mediante una subrutina de usuario en un código comercial de Elementos Finitos. La verificación del modelo de daño propuesto se ha realizado utilizando como polímero de referencia el Policarbonato, ya que recoge la transición en el modo de fallo de forma natural en condiciones normales de presión y temperatura. Para ello, se ha llevado a cabo una amplia campaña experimental que incluye ensayos de caracterización y ensayos de validación que permiten contrastar las predicciones numéricas con su correspondiente resultado experimental, obteniéndose una buena correlación entre ambos. A raíz de esta comparación de resultados, se ha realizado un análisis detallado del proceso de transición en el modo de fallo, destacando la necesidad de implementar simultáneamente ambos criterios de daño.