Abstract
La respuesta mecánica de los materiales compuestos depende del comportamiento de los
materiales componentes y de su micro‐estructura.
Para mejorar y optimizar el diseño de piezas estructurales de materiales compuestos, la industria
requiere herramientas informáticas que reproduzcan de manera apropiada el comportamiento de estos
materiales incluso en el rango no lineal. Por tanto, es muy importante la investigación y
desarrollo de modelos numéricos para compuestos que tengan en cuenta la morfología o estructura
del material de forma adecuada y eficiente, además de ser necesario contar con un entorno gráfico
específico para este tipo de problemas que facilite la entrada de datos al código de cálculo y
posteriormente permita visualizar los resultados deseados.
El objetivo principal del presente trabajo es el desarrollo, formulación e implementación
computacional, de un modelo numérico para el tratamiento de la no linealidad constitutiva de
laminados reforzados con fibras, en el contexto de la mecánica de los medios continuos. Esta
formulación plantea combinar (o componer) los comportamientos de materiales simples (homogéneos)
con el objetivo de obtener la respuesta mecánica del material compuesto (heterogéneo). Para ello,
propone una gestión adecuada de los modelos constitutivos (homogéneos), actualmente disponibles, de
cada uno de los materiales componentes; aprovechándose de esta manera el gran desarrollo conseguido
en el campo de la modelización constitutiva de materiales simples, y permitiendo la transferencia
de toda esta tecnología al campo de los materiales compuestos. Teniendo en cuenta la estructura
interna del material compuesto, se desarrolla una estrategia de desacoplamiento e interacción de
estas fases; de una manera novedosa. Esta metodología, denominada “composición de comportamientos”,
permite tener en cuenta muchos fenómenos locales de degradación que tienen lugar en las fases
componentes, tales como plasticidad, daño, fatiga, envejecimiento, fluencia, etc., de una manera
acoplada, lo cual también es novedoso en este tipo de enfoque. Las aplicaciones del presente
trabajo se centran en los tres primeros fenómenos mencionados, dado que su combinación permite
simular el comportamiento de una extensa variedad de materiales compuestos empleados en la
industria.
Se desarrolla el algoritmo de resolución del modelo propuesto que permite conseguir convergencia
cuadrática, tanto local como global, de los problemas no‐ lineales al ser implementado como modelo
constitutivo en un código de elementos finitos, proveyendo rapidez y precisión al análisis de
estructuras de
materiales compuestos en muchas aplicaciones industriales.
La simulación del laminado se logra mediante la combinación del modelo
propuesto con una teoría de laminado aplicada en cada punto de integración. Se
emplean elementos 3D sólidos isoparamétricos para discretizar estructuras
laminadas gruesas; mientras que para estudiar estructuras laminares de pequeño
espesor, se desarrolla un elemento de lámina laminado en capas de material
compuesto, sobre la base de un elemento de lámina más simple (Discrete Kirchoff
Triangle).
La validación del modelo muestra el cumplimiento de las ecuaciones de cierre
(equilibrio de tensiones y compatibilidad de deformaciones entre componentes),
tanto en la dirección de las fibras (comportamiento en paralelo) como en
direcciones ortogonales (comportamiento en serie). Además, se ilustran diversas
envolventes de fallo para lámina/laminados generadas con el modelo propuesto y
se las compara con otros criterios de fallo global para compuestos y resultados
experimentales disponibles en la literatura.
La aplicabilidad del modelo se demuestra mediante simulaciones numéricas
realizadas sobre geometrías de mayor complejidad para modelar la respuesta
mecánica de piezas industriales. Los resultados numéricos contrastados con los
experimentales indican la capacidad del modelo propuesto para describir el
comportamiento no‐lineal de laminados reforzados con fibras en diferentes
orientaciones sometidos a estados de carga multiaxial tanto estática como cíclica.
Eugenio Oñate's Journal Papers 
422
17938
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The violation of objectivity in Laplace formulations of the Navier–Stokes equations 
116Qiqihar University /...
