Nuevo Modelo Discreto Multiescala (DM) para análisis no-lineales de materiales compuestos

Abstract

En los últimos años el estudio del comportamiento de los materiales a nivel microscópico ha aumentado significativamente en términos de diseño de materiales de altas prestaciones. A pesar de los recientes avances de ordenadores de elevado rendimiento, la aplicación de métodos numéricos multiescala para simular grandes estructuras aún requiere costes computacionales prohibitivos. Éste trabajo presenta un procedimiento capaz de predecir la respuesta mecánica no-lineal de los materiales compuestos con el fin de reducir el coste computacional necesario para el análisis numérico de estructuras complejas. La solución de la estructura macroscópica a través del método multiescala de primer orden (FE2) se sustituirá por un modelo discreto obtenido de un análisis del comportamiento de un Volumen Representativo Elemental (RVE) del material. A través de las definiciones de un parámetro de daño equivalente ($d_{eq}$), función del esfuerzo global en la microescala, se realizarán una serie de ensayos virtuales en control de deformación, almacenando el estado de tensión-deformación alcanzado por ciertos niveles de $d_{eq}$ en una base de datos. Analizando la evolución de la fractura en los materiales compuestos se puede observar como el régimen no-lineal se alcanza solo en algunos elementos de la estructura. Es por ello que se plantea un procedimiento, el Discrete Multiscale Threshold Surface (DMTS), en el que el análisis del RVE sirve para obtener la superficie en la que empieza el daño ($d_{eq}>0$). Esta ley permite saber si para un determinado estado tenso-deformacional el material ha dañado, sin necesidad de resolver el micro-modelo. Una vez iniciado el daño, se propone de generar de forma adaptiva un RVE con el que obtener el comportamiento dañado del material. Luego, el método FE2 se utilizará solo en los puntos de integración que hayan dañado. Este trabajo demuestra que el método FE2 puede ser remplazado por un Modelo Discreto Multiescala, representativo del material compuesto, obteniendo mejoras computacionales significativas.

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