Análisis de unicidad y estabilidad de la respuesta homogénea de una barra de hormigón modelada con un modelo gradiente de daño

En este trabajo se presenta el análisis de estabilidad para el problema de evolución deuna barra de hormigón modelada con un modelo gradiente de daño. La particularidad del material interviene en el tipo de criterio usado en el modelo. El aspecto novedoso de este análisis está en que el problema de evolución se obtiene aplicando la formulación energética. En esta formulación, que no contiene derivadas con respecto al tiempo, la evolución del material está caracterizada por tres requisitos energéticos: un balance de energía, una desigualdad de disipación y un criterio global de estabilidad. Una de las ventajas de dicha formulación es que permite dar un significado claro a los conceptos de bifurcación y estabilidad para ambos, estructura y material. Aplicado al ensayo a tracción de una barra sujeta a una carga monótona, se considera la respuesta homogénea donde ambos campos de deformación y daño son uniformes en el espacio. En presencia de ablandamiento, se muestra que el estado homogéneo de la barra es estable, siempre y cuando la longitud de la barra sea menor que un valor crítico que depende del estado actual del sistema, de lo contrario es inestable. Sin embargo, también se muestra que la bifurcación puede aparecer para un estado homogéneo estable.Todos estos resultados se obtienen analíticamente y se ilustran con ejemplos.Publicado en: Mecánica Computacional vol. XXXV no.33Facultad de Ingenierí

Development of local models and their computational implementation for polymer coated steel sheets

This report present review of the state of the art of numerical modelling of polymers and polymer coated metal laminates and gives details of selected numerical models including those that will be used in the work in the project POLYCOAT. The first sections studied in the project. Basic mechanical and thermal properties of the polymers are reviewed. Then constitutive models developed for polymers are reviewed based on literature and own work. Details of selected models are given. Deformation behaviour of polymer coated metal laminates is considered with special attention to the phenomena observed at the polymer-metal interface. The numerical models for the interface are presented finally

Modelo no local de daño para hormigon afectado por reaccion alcali-silice (RAS)

La RAS es una reacción que se da entre los álcalis presentes en la pasta de cemento y la sílice reactiva de los agregados naturales. El producto de dicha reacción es un gel que se expande a través del tiempo, dependiendo del contenido de humedad y de la temperatura en el interior del hormigón. La expansión del gel puede producir micro fisuración tanto de la matriz como de los agregados, según la mineralogía de los agregados. Este proceso de micro fisuración reduce tanto la rigidez como la resistencia del hormigón, con la consiguiente disminución de la seguridad de la estructura a la cual pertenece. Para la modelación de este fenómeno es necesario tener en cuenta dos aspectos fundamentales: el primero es la cinética de la reacción química y el segundo es su efecto sobre el comportamiento mecánico del material, como expansión y consecuente microfisuración. En este trabajo se emplea un modelo de daño dependiente del gradiente espacial de daño para representar el comportamiento mecánico del hormigón. Se incluye una variable que mide el progreso de la RAS en el trabajo de las fuerzas internas. La evolución de esta variable se rige por una ley cinética de primer orden, típica en este proceso químico. Finalmente el modelo se calibra para reproducir ensayos de laboratorio disponibles en la bibliografía.Fil: Almenar, Martín Ernesto. Universidad Nacional de Tucuman. Facultad de Ciencias Exactas y Tecnologia. Instituto de Estructuras "ing. Arturo M. Guzman"; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Tucumán; ArgentinaFil: Luege, Mariela. Universidad Nacional de Tucuman. Facultad de Ciencias Exactas y Tecnologia. Instituto de Estructuras "Ing. Arturo M. Guzman"; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Tucumán; ArgentinaFil: Orlando, Antonio. Universidad Nacional de Tucuman. Facultad de Ciencias Exactas y Tecnologia. Instituto de Estructuras "Ing. Arturo M. Guzman"; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Tucumán; Argentin

Observaciones Acerca de la Aplicación de la Derivada Topológica en la Identificación de Cavidades mediante la Tomografía de Impedancia Eléctrica

La Tomografía de Impedancia Eléctrica (TIE) es una técnica de ensayo no destructivo que estima las propiedades eléctricas en el interior de un cuerpo, a partir de mediciones electrostáticas tomadas en su contorno. Esta técnica puede ser usada también para determinar defectos como cavidades o fisuras en el interior del material, mediante su identificación con las singularidades en la variación espacial de la función que representa la conductividad eléctrica. Un enfoque común para la solución de este tipo de problemas consiste en su formulación como un problema de optimización topológica, en el cual la función objetivo está dada por una medida de la fidelidad de datos de potencial eléctrico enel contorno, y las incógnitas a determinar son representadas por las cavidades internas del material. En este trabajo discutimos algunos aspectos de la aplicación de la derivada topológica a este problema. La derivada topológica del funcional de costo es un campo escalar que brinda información acerca de su sensitividad cuando una cavidad infinitesimal es creada en el dominio. Esta propiedad es, por lo tanto, usada en un algoritmo de actualización tal como uno propuesto en (A. Carpio y M. L. Rapún, Inv. Problems, 28 (2012)), a fin de determinar la forma, tamaño y ubicación de defectos en el interior del cuerpo. En este trabajo se presenta además el procedimiento de cálculo de la derivada topológica del funcional de costo, siguiendo la metodología propuesta en (A. A. Novotny y J. Sokolowski, Springer, (2013)) y se desarrollan experimentos numéricos empleando datos sintéticos para las mediciones de contorno, comentándose los resultados obtenidos.Fil: Santucho, Exequiel Miguel Angel. Universidad Nacional de Tucuman. Facultad de Ciencias Exactas y Tecnologia. Instituto de Estructuras "ing. Arturo M. Guzman"; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Tucumán; ArgentinaFil: Luege, Mariela. Universidad Nacional de Tucuman. Facultad de Ciencias Exactas y Tecnologia. Instituto de Estructuras "Ing. Arturo M. Guzman"; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Tucumán; ArgentinaFil: Orlando, Antonio. Universidad Nacional de Tucuman. Facultad de Ciencias Exactas y Tecnologia. Instituto de Estructuras "Ing. Arturo M. Guzman"; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Tucumán; Argentin

Modelo termo-químico-mecánico para simular la respuesta de un dique de gravedad sujeto a reacción álcali-sílice

Las reacciones álcali-sílice (RAS) en estructuras de hormigón consisten en reacciones químicas que se producen entre agregados con sílice reactiva y los álcalis que se liberan durante la hidratación del cemento. El producto de estas reacciones es un gel expansivo que conduce a la fisuración del hormigón, comprometiendo su durabilidad. Se trata de un proceso complejo debido a que el acoplamiento entre la difusión del calor, humedad y la cinética del RAS puede ser crítico. La RAS es una reacción química que es activada térmicamente y bajo ciertas condiciones de contenido de agua. La disponibilidad de una herramienta que permita realizar una evaluación cuantitativa, en tiempo y espacio, del impacto de los efectos que dichas expansiones pueden provocar en estructuras de hormigón es de fundamental importancia en la evaluación de la durabilidad de estructuras que manifiestan este fenómeno. Los diques, por ejemplo, son estructuras que potencialmente presentan este tipo de degradación dado que en forma permanente durante al menos por un largo período de su vida en servicio están en contacto con agua o suelos húmedos. En este trabajo se desarrolla un modelo gradiente de daño basado en la mecánica multifásica de medios reactivos porosos, donde las ecuaciones de masa, energía y momento conjuntamente a las relaciones constitutivas y físicas necesarias para modelar la RAS en condiciones ambientales variables se desarrollan de manera acoplada y resuelven mediante el método de los elementos finitos. Simulaciones numéricas de un dique de gravedad sujeto a condiciones variables de temperatura a lo largo de 16 años de vida útil verifican el modelo propuesto.Publicado en: Mecánica Computacional vol. XXXV, no. 25Facultad de Ingenierí

Economical exploitation of polymer coated steel sheet in large-scale production of new can types by the European can industry

This report presents review of the state of the art of numerical modelling of polymers and polymer coated metal laminates and gives details of selected numerical models including those that will be used in the work in the project POLYCOAT. The first sections of the report contain characteristics of polymers which are important for the application studied in the project. Basic mechanical and thermal properties of the polymers are reviewed. Then constitutive models developed for polymers are reviewed based on literature and own work. Details of selected models are given. Deformation behavior of polymer coated metal laminates is considered with special attention to the phenomena at the polymer-metal interface. The numerical models for the interface are presented finally. &nbsp

Análisis de unicidad y estabilidad de la respuesta homogénea de una barra de hormigón modelada con un modelo gradiente de daño

En este trabajo se presenta el análisis de estabilidad para el problema de evolución de una barra de hormigón modelada con un modelo gradiente de daño. La particularidad del material interviene en el tipo de criterio usado en el modelo. El aspecto novedoso de este análisis está en que el problema de evolución se obtiene aplicando la formulación energética. En esta formulación, que no contiene derivadas con respecto al tiempo, la evolución del material está caracterizada por tres requisitos energéticos: un balance de energía, una desigualdad de disipación y un criterio global de estabilidad. Una de las ventajas de dicha formulación es que permite dar un significado claro a los conceptos de bifurcación y estabilidad para ambos, estructura y material. Aplicado al ensayo a tracción de una barra sujeta a una carga monótona, se considera la respuesta homogénea donde ambos campos de deformación y daño son uniformes en el espacio. En presencia de ablandamiento, se muestra que el estado homogéneo de la barra es estable, siempre y cuando la longitud de la barra sea menor que un valor crítico que depende del estado actual del sistema, de lo contrario es inestable. Sin embargo, también se muestra que la bifurcación puede aparecer para un estado homogéneo estable. Todos estos resultados se obtienen analíticamente y se ilustran con ejemplos.Fil: Luege, Mariela. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología. Instituto de Estructuras ; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán; Argentin

Numerical simulation of the lubricant performance

Due to the high pressures that are involved in tube hydroforming processes, high values of the friction forces are developed and, therefore, lubricants are usually employed to increase the formability of the workpiece. However, different lubrication regimes are observed along the different forming zones which vary with the lubricant layer thickness, applied load and sliding velocity. A constitutive relation that captures these features of tribology between two surfaces separated by an atomically thin layer of lubricant molecules is proposed in this paper. The model defines the tangential stress as sum of two contributions: one purely frictional and the other one of viscous type. The frictional contribution depends on the contact between the asperities, whereas the viscous contribution is described by means of an effective viscosity coefficient that accounts for the thin lubricant layer separating such asperities. The model is implemented in a FE code and validated with a pear-shape expansion test. Comparisons with the Coulomb's law are also presented showing a better performance of the proposed model.Fil: Luege, Mariela. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología. Instituto de Estructuras "Ing. Arturo M. Guzmán"; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán; ArgentinaFil: Luccioni, Bibiana Maria. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología. Instituto de Estructuras "Ing. Arturo M. Guzmán"; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán; Argentin

Concrete pavement slab under blast loads

The main objective of this paper is the analysis of the behaviour of concrete pavements subjected to blast loads produced by the detonation of high explosive charges above them. This subject is of particular interest in terrorist attacks in cities, since important conclusions about the location and magnitude of the explosive charge can be drawn from simple observation of the pavement damage. Experimental results for a concrete slab lying on the ground and subjected to blast loads are presented. The slab was lying on the ground and was tested with different amounts of explosive suspended in air over it. Numerical results are compared with those obtained with a simplified plastic limit analysis and those obtained with two types of numerical simulations performed with two different codes. Some conclusions about the effect of the blast load on the concrete slab and about different tools available for the analysis of this type of problem are stated in the paper.Fil: Luccioni, Bibiana Maria. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología. Instituto de Estructuras "Ing. Arturo M. Guzmán"; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán; ArgentinaFil: Luege, Mariela. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología. Instituto de Estructuras "Ing. Arturo M. Guzmán"; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán; Argentin

Rate dependent damage model

Los modelos constitutivos utilizados en el análisis de estructuras sometidas a acciones dinámicas de tipo impulsivo, como impacto o explosión, deben tener en cuenta la velocidad de deformación en su formulación. Estudios experimentales recientes muestran que la resistencia, el endurecimiento o ablandamiento y la energía de fractura del material están significativamente influenciadas por la velocidad de deformación cuando ésta supera los 0.1s-1. Por otro lado, la incorporación de la dependencia del tiempo en los modelos constitutivos permite asegurar la unicidad y estabilidad de la solución en problemas dinámicos con ablandamiento. En este trabajo se propone un modelo de daño escalar dependiente del tiempo para hormigón. El mismo está basado en una extensión de un modelo de daño independiente del tiempo a través de una regla de evolución del daño análoga a la de la deformación viscoplástica de Perzyna. La formulación propuesta permite simular la dependencia de la velocidad de deformación, en particular, la sobrerresistencia y modificación de la energía de fractura que presenta el hormigón bajo altas velocidades de deformación. Como casos extremos, el modelo es capaz de reproducir tanto un comportamiento elástico como uno de daño independiente del tiempo. El modelo propuesto se implementa en un programa de elementos finitos no lineal dinámico. La integración de la ecuación constitutiva se realiza mediante un algoritmo tipo full Euler backward. El operador tangente consistente se deduce a partir de un sistema de ecuaciones implícitas dependientes de la deformación específica. Los ejemplos de aplicación desarrollados muestran que el modelo es capaz de simular el comportamiento del hormigón bajo altas velocidades de deformación.Rate dependence must be taken into account in the constitutive relations when used for the analysis of impact or blasting problems. Experimental studies show that the strength, the hardening/softening response of the material, and the fracture energy are significantly influenced by the strain rate when it exceeds 0.1s-1. On the other hand, rate dependency seems to be an elegant method to obtain uniqueness and stability of the solution for initial value problems with strain softening. A rate dependent scalar damage model for concrete is proposed in this paper. The model is based on the extension of a rate independent damage model through a damage evolution law similar to that proposed by Perzyna for viscoplastic strains. The proposed formulation is able to simulate strain rate dependence, particularly the increase of material strength under high rate dynamics loads and the modification of fracture energy as a function of the strain rate. Elastic and rate independent damage behaviors can be simulated as extreme cases. The model is implemented in a non linear finite element dynamic program. A sort of full Euler backward algorithm is developed for the integration of the resulting constitutive equations. The consistent tangent operator is derived from an implicit system of equations as a function of strain. Application examples developed show that the proposed model is able to simulate concrete behavior under high strain rates.Fil: Luege, Mariela. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología. Instituto de Estructuras "Ing. Arturo M. Guzmán"; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán; ArgentinaFil: Luccioni, Bibiana Maria. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán; Argentina. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología. Instituto de Estructuras "Ing. Arturo M. Guzmán"; Argentin