Abstract

La principal dificultad que se encuentra en el momento de diseñar estructuras
con materiales compuestos es la falta de modelos constitutivos que permitan si- mular su
comportamiento.  Las técnicas analíticas convencionales utilizadas para el estudio de materiales
simples isótropos no resultan adecuadas para el análisis de materiales compuestos. Tampoco ha
resultado satisfactoria la representación de un compuesto mediante un único material ortótropo con
propiedades del conjunto. Puede observarse en distintas referencias los intentos que ha habido para
modelar el comportamiento de materiales compuestos, utilizando la técnica de elementos fi- nitos
para el análisis y diseño de estructuras, donde la correlación entre los análisis y los resultados
experimentales no resulta satisfactoria (Ali, 1996) (Klintworth y Macmillian, 1992). El proceso de
diseño de componentes en materiales compuestos se ha basado, principalmente, en métodos empíricos,
observándose en la literatura la ausencia de análisis o simulaciones del comportamiento de
materiales compuestos sometidos a niveles de esfuerzos que sobrepasan el límite elástico.

Abstract

En el presente trabajo se desarrolla un nuevo modelo constitutivo, basado
en la mecánica de medios continuos, que permite modelar el comportamiento a fatiga
isotérmica bajo cargas periódicas. Este modelo permite tratar en forma conjunta
fenómenos acoplados, tales como la combinación de fatiga con daño, plasticidad,
fenómenos viscosos y temperatura.

Se presenta una formulación basada en la teoría de la plasticidad y daño y se
establecen las modificaciones necesarias a realizar en estas teorías, para garantizar la
inclusión del fenómeno de fatiga.

El estudio de la fatiga ha sido tema de continuos trabajos de investigación
en los últimos setenta años. Esto ha echado luz sobre esta disciplina, generando una
cantidad de publicaciones y teorías de distinta importancia. A pesar del gran
volumen de trabajo que ha realizado la ingeniería sobre este tema, se encuentran aun
grandes lagunas en cuanto a la simulación numérica del mismo y a la predicción de
vida útil en las piezas. Sobre este último tema pocas teorías han acertado y por lo
tanto no hay caminos claros para garantizar aciertos en este tema.

Basado en el estado actual del tema, se ha querido en este trabajo avanzar en
la dirección de la predicción de vida útil y utilizar las herramientas de la mecánica de
medios continuos para garantizar la concreción de las ideas.

Otra motivación del desarrollo de este trabajo se asienta en la peligrosidad
que involucra la falta de conocimientos para la realización de la predicción de vida
útil de las piezas. Las roturas por fatiga son especialmente peligrosas por que no
suelen presentar indicios de fallo inminente, sino que este se produce de modo
repentino y sin observar deformaciones plásticas de conjunto. Se trata pues de
roturas frágiles que se caracterizan por presentar zonas bien diferenciadas, una de
textura lisa con muestra de rotura dúctil y otra de textura gruesa rugosa más brillante
que es donde se localiza la rotura final al rebasar la resistencia máxima disminuida
por el fenómeno de fatiga.

Hay que recordar que normalmente la fatiga no sobreviene sola y que
siempre está acompañada de otros efectos mecánicos que en un principio pueden
parecer secundarios, pero al final se tornan determinantes en la vida de las piezas.

En la esperanza de abrir un camino para el tratamiento de este fenómeno
desde la mecánica de medios continuos, es que se desarrolla el presente trabajo.