Proyectos de I+D+i excelencia o generación de conocimiento
Referencia: PID2021-123325OB-I00.
Título del Proyecto: Predicción computacional de la iniciación y propagación del daño en elementos estructurales de materiales compuestos y de impresión 3D (DAMINI)
IPs: Vladislav Mantic Lescisin y Luis Arístides Távara Mendoza
Fecha Inicio: 01/09/2022 Fecha Final: 31/08/2025
Total Concedido: 181.500 EUR
Equipo Investigación US: Alberto Barroso Caro, María del Mar Muñoz-Reja Moreno, Enrique Graciani Díaz
Motivación:
La tendencia actual de implementar un ciclo rápido de la tecnología de fabricación que incluya el diseño, ensayo y fabricación (paradigma de la Industria 4.0) requiere herramientas computacionales altamente eficientes y fiables para la predicción precisa del daño, en particular las asociadas a la iniciación y propagación de grietas que interactúan con interfaces.
Estas herramientas serán fundamentales para la integridad estructural, la fiabilidad y la eficiencia de diferentes materiales y componentes, altamente tecnológicos, producidos en una amplia gama de sectores industriales como, por ejemplo, los materiales compuestos reforzados con fibra y los materiales impresos en 3D para las industrias aeronáutica, espacial y del automóvil.
El uso generalizado de los materiales compuestos reforzados con fibras y de los materiales impresos en 3D abarcan nuevas fronteras para los futuros diseños gracias a la adaptación de su composición material a las necesidades industriales. El rendimiento óptimo de las capacidades de estos sistemas estructurales, a menudo caracterizados por su heterogeneidad y anisotropía, requiere un conocimiento profundo de los diferentes mecanismos de fractura que afectan a su integridad y eficiencia.
Las elevadas pérdidas económicas debidas a la fractura son, al menos en parte, evitables con una inversión adecuada en la investigación y aplicación de nuevas estrategias computacionales para la predicción del daño.
Objetivos:
En vista de i) la necesidad industrial de desarrollar una herramienta computacional eficiente, robusta y precisa que prediga el inicio y la propagación de la fractura en sistemas estructurales heterogéneos y anisótropos bajo cargas cuasiestáticas, cíclicas y dinámicas, ii) las excelentes capacidades de predicción del Criterio Acoplado de la Mecánica de Fractura Finita (CCFFM) y la demostrada eficiencia computacional y robustez de la metodología del Principio de Mínima Energía Total sujeto a una Condición de Tensión (PMTE-SC), y iii) los conocimientos necesarios del Equipo de Investigación (RT) del proyecto DAMINI, el objetivo general de DAMINI es desarrollar dicha herramienta computacional basada en la metodología PMTE-SC y mostrar su rendimiento mediante la predicción del daño (fractura) para varios elementos estructurales relevantes, incluyendo materiales compuestos e impresos en 3D.
La idea es desarrollar varias herramientas computacionales compatibles con ABAQUS (FEM), aprovechando la experiencia acumulada en el desarrollo de una herramienta computacional similar desarrollada por el RT para un problema específico de iniciación y propagación de la fractura en interfaces de Winkler bajo cargas cuasiestáticas.
Tareas:
Para ampliar las capacidades de la actual herramienta basada en el PMTE-SC para ABAQUS, se deben desarrollar varias características nuevas, enumeradas a continuación. Todas ellas representan importantes retos teóricos y computacionales con respecto al estado actual de la mecánica de la fractura.
1) Predicción de la iniciación y propagación de grietas en el interior de (a) sólidos isótropos homogéneos (b) sólidos anisótropos homogéneos y (c) sólidos heterogéneos, bajo cargas cuasiestáticas.
2) Predicción del límite de fatiga.
3) Predicción de la iniciación de grietas dinámicas.
Finalmente, las herramientas computacionales desarrolladas se aplicarán a problemas específicos de interés. Se proponen ejemplos particulares sobre materiales compuestos, sus uniones adhesivas, y sobre piezas impresas en 3D.
