Lectura tesis doctoral en el Grupo de Mecánica de Materiales Avanzados. Universidad Carlos III de Madrid

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Lectura tesis doctoral en el Grupo de Mecánica de Materiales Avanzados. Universidad Carlos III de Madrid

Lectura tesis doctoral en el Grupo de Mecánica de Materiales Avanzados de la Universidad Carlos III de Madrid

El pasado 22 de Abril se defendió  la tesis doctoral con mención internacional titulada “Análisis de la evolución del daño en laminados con agujero empleando la mecánica del daño discreto” realizada por Dña Marta María Moure Cuadrado dentro del Programa Oficial de Doctorado en Ingeniería Mecánica y de Organización Industrial. Dicha tesis recibió la calificación de Sobresaliente Cum Laude.

Ya está disponible el texto completo de dicha tesis en el siguiente enlace:

https://e-archivo.uc3m.es/handle/10016/23456

 

Resumen

La presente Tesis Doctoral aborda el estudio del fallo de laminados con agujero sometidos a cargas en su plano a través de ensayos experimentales, modelos analíticos simplificados y modelos detallados, analizándose la evolución del daño en las zonas próximas al agujero y la tensión de rotura del laminado. De entre los distintos modelos simplificados disponibles en la literatura para estimar la tensión de rotura en laminados con agujero, en esta Tesis, se ha empleado el desarrollado por Whitney y Nuismer. Para la aplicación de este modelo se requiere conocer unas distancias características para estimar la carga de rotura. En esta Tesis, se proponen fórmulas fenomenológicas para estimarlas en función de los parámetros más relevantes del problema. Con objeto de definir esos parámetros, se ha formulado el modelo en variables adimensionales. Con las formulas propuestas, el modelo de Whitney y Nuismer puede emplearse como una herramienta predictiva. Para poder llevar a cabo este estudio, ha sido necesario realizar una serie de ensayos experimentales, que han sido completados con resultados experimentales de la literatura científica. Dado que el modelo de Whitney y Nuismer sólo puede predecir la carga de rotura, para profundizar en el estudio de la evolución del daño se ha empleado un modelo detallado. En esta Tesis se ha seleccionado el modelo basado en la Mecánica del Daño Discreto (DDM) formulado por Barbero y Cortes en el año 2010. El modelo original se ha modificado durante el desarrollo de la presente Tesis con la colaboración del Profesor Ever J. Barbero mediante la inclusión del mecanismo de fallo por rotura de fibras. El modelo original propuesto por Barbero y Cortes sólo se ha aplicado a problemas en los que el laminado está sometido a un estado de tensión uniforme, por lo que se ha analizado la capacidad del modelo DDM de localizar el daño a partir de un defecto inicial y ante la presencia de concentración de tensiones asociada a agujeros. Una vez comprobado que el modelo DDM es capaz de localizar el daño en distintas situaciones, se ha validado para un amplio rango de laminados que incluyen diferentes materiales, secuencias de apilamiento y geometrías, empleando tanto resultados experimentales obtenidos en la presente Tesis Doctoral, como publicados en la literatura científica. Como variables de validación se han empleado la carga de rotura y la evolución de la rigidez del laminado. Por último, una vez validado el modelo detallado, se ha utilizado para el estudio de la influencia del espesor y posición de distintos agrupamientos de láminas en la evolución del daño de laminados con agujero sometidos a cargas de tracción uniaxial en el plano. Se han analizado varias secuencias de apilamiento con agrupamientos de láminas en distintas posiciones dentro del laminado y con distintos espesores. Se ha estudiado su influencia en la evolución de la densidad de fisuras, en la carga aplicada, y en la distribución de las componentes del tensor de tensiones alrededor del agujero. [+] [-]

 Abstract

This PhD Thesis deals with the study of the failure of open-hole composite laminates subjected to in-plane loads through experimental tests, simplified analytical models and detailed models, analyzing the damage evolution in the areas near the hole and the ten This PhD Thesis deals with the study of the failure of open-hole composite laminates subjected to in-plane loads through experimental tests, simplified analytical models and detailed models, analyzing the damage evolution in the areas near the hole and the tensile strength of the laminate. Among the different simplified models available in the literature to estimate the tensile strength of open-hole laminates, in this Thesis the model of Whitney and Nuismer has been used. To apply this model it is required to know some characteristics distances to estimate the tensile strength. In this Thesis, phenomenological formulas to estimate them, based on the most relevant parameters of the problem, are proposed. In order to define these parameters, the model has been formulated in dimensionless variables. With the proposed formulas, Whitney and Nuismer model can be used as a predictive tool. To carry out this study, several experimental tests have been carried out, completed with experimental results of the scientific literature. Since the model of Whitney and Nuismer can only predict the tensile strength, a detailed model has been used to study the damage evolution in depth. In this Thesis, the Discrete Damage Model (DDM) formulated by Barbero and Corte in 2010 has been selected. The original DDM model has been augmented with fiber failure mode during the development of this Thesis and with the collaboration of Professor Ever J. Barbero. The original model proposed by Barbero and Cortes had only been applied to problems where the laminate is subjected to a uniform stress state, the ability of DDM model to locate the damage from an initial defect and in the presence of stress concentration associated with holes has been analyzed in this Thesis. Once DDM model is proved to locate the damage in different situations, it has been validated for a wide range of laminates which includes different materials, geometries and stacking sequences using both experimental results obtained in this Doctoral Thesis as published in the scientific literature. Validation has been done in terms of the tensile strength and the global stiffness evolution. Finally, after model validation, the influence of cluster thickness and its position on the damage evolution of open-hole composite laminates subjected to uniaxial in-plane tensile loads is studied in this Thesis. Several stacking sequences with clusters in different position and thicknesses inside the laminate are analyzed. Its influence on the crack density evolution, applied load, and the distribution of the stress components around the hole is studied. [+]