Tenacidad de fractura dinámica

Los fenómenos de impacto son ejemplos claros de fractura de materiales. El análisis de estos fenómenos se lleva a cabo mediante simulación numérica. En los códigos numéricos de simulación, el comportamiento mecánico de los materiales se modeliza a través de ecuaciones constitutivas. Como criterio de rotura se utilizan expresiones basadas en la acumulación de daño, medido en función de la deformación plástica equivalente o de la energía plástica. El uso de estas ecuaciones, en algunas ocasiones proporciona resultados totalmente discrepantes con las pruebas reales en la simulación del daño producido por explosiones. El efecto de una explosión sobre un elemento, es una región extensa y puede alcanzar al elemento completo. En estas circunstancias, la fractura puede aparecer en puntos donde existan defectos o grietas naturales o artificiales. Así pues la simulación numérica de elementos sometidos a explosiones debe incluir el cálculo en fractura, en los que es preciso determinar la tenacidad de fractura dinámica. Esta comunicación presenta una metodología de medida de la tenacidad de fractura dinámica K_Id^C numérico-experimental, útil y necesaria en la simulación del efecto de explosiones sobre elementos estructurales. - Impact phenomena are examples of materials fracture. Their analysis is being performed by numerical simulation. Mechanical behaviour of materials is modelled in hydrocodes by constitutive equations. Rupture criteria used to be expressions based on damage amount, function of plastic strain or plastic energy. The utilization of those equations lead sometimes to results different to those obtained in experimental tests of blast damage. Blast effect on an element is a wide zone, that could be extended to the whole element. In such conditions, rupture may happen in areas with flaws or cracks. Therefore, numerical simulation of blast effect on elements ought to include fracture analysis, that require the knowledge of dynamic fracture toughness. This paper shows a methodology to measure dynamic fracture toughness numerical/experimental necessary for numerical simulation of blast effect on structural elements

An alternative methodology to predict aging effects on the mechanical properties of glass fiber reinforced cement (GRC)

The effect of three different aging methods (immersion in hot water, freeze–thaw cycles and wet–dry cycles) on the mechanical properties of GRC were studied and compared. Test results showed that immersion in hot water may be an unreliable method for modified GRC formulations, with it being in probability a very harmful procedure. A new aging method, mixing freeze–thaw cycles and wet–dry cycles, seems to be the most accurate simulation of weather conditions that produce a noticeable change in GRC mechanical properties. Future work should be carried out to find a correlation between real weather and the proposed aging method

Estudio de la superficie de fractura de probetas de GRC ensayadas a tracción

El GRC (Glassfiber Reinforced Cement) es un material compuesto de matriz cementícea reforzado con fibras de vidrio cortadas y dispuestas al azar en dos dimensiones. A edades tempranas, el material presenta una resistencia a tracción y una ductilidad mayor que la del mortero sin reforzar. Sin embargo, el GRC presenta una grave pérdida de propiedades mecánicas con la edad. Numerosas investigaciones han tratado de resolver el problema mediante adiciones de humo de sílice, puzolanas, resinas acrílicas, etc. Se ha estudiado este fenómeno mediante la realización de una campaña de ensayos de tracción hasta rotura sobre probetas rectangulares de GRC joven, y de GRC envejecido mediante inmersión en agua a 50ºC durante 40, 80 y 120 días, empleando diferentes formulaciones de GRC. Una vez realizados los ensayos se ha llevado a cabo un estudio de la microestructura de las superficies de fractura mediante microscopia electrónica de barrido. Mediante el estudio de las fractografías realizadas se ha llegado a la conclusión de que la adición de metacaolín en la composición modifica la microestructura permitiendo que un mayor número de fibras sean arrancadas y no fracturadas, mejorando las propiedades del material. Así mismo se comprueba cómo el proceso de degradación de las fibras se produce principalmente durante edades tempranas estabilizándose para los casos de probetas envejecidas durante 80 y 120 días. - GRC is a composite material produced by the union of a cement mortar matrix and chopped glass fibers randomly sprayed in two directions. When the material is young it has greater tensile strength and greater ductility than the plain cement mortar. However GRC losses its mechanical properties with time. Many investigations have tried to solve this problem by adding chemical products to the mortar paste such as Silica fume, pozzolans or Acrylic resins. This phenomenon has been studied by performing a tensile test programme on rectangular samples of young GRC, and on GRC samples aged by immersion in hot water at 50 ºC during 40, 80 and 120 days using different GRC’s formulations. Once the tests have been carried out, a microstructural analysis has been made using a Scanning Electronic Microscope. Studying the pictures, it can be concluded that the reduction of mechanical properties of GRC with time can be reduced by adding metakaolin to GRC’s formulation. Metakaolin changes GRC’s microstructure enabling more fibers to be pulled-out from the matrix instead of broken in aged GRC. There are evidences that show that the main degradation of glass fibers happens mainly during GRC early ages being more stable for samples aged 80 and 120 days

Energía de fractura de paneles de mortero de cemento reforzados con fibras de vidrio (GRC) sometidos a impactos de baja velocidad

El uso de morteros reforzados con fibras cortas de vidrio (GRC) se ha generalizado durante años en el mundo de la construcción. Sus aplicaciones en edificación y en la industria de la construcción se benefician de sus excelentes propiedades mecánicas. Durante los últimos 40 años se han realizado numerosos trabajos que reflejan el comportamiento tanto a tracción como a flexión de este material. Sin embargo, las propiedades dinámicas del GRC no se han estudiado con anterioridad. Para caracterizar el comportamiento frente a los impactos se ha realizado una extensa campaña de ensayos de torre de caída. Los ensayos han mostrado que el comportamiento del GRC está determinado por el espesor de los paneles ensayados. Hay una relación lineal entre la energía absorbida por las placas y el espesor de las mismas. Se ha desarrollado un sistema de filtrado de datos que permite eliminar los efectos indeseables registrados durante el ensayo

Efecto de la temperatura, la velocidad de deformación y la microestructura en el comportamiento mecánico de intermetálicos gamma-TiAl

Los aluminuros de titanio aparecen como una alternativa al empleo de aleaciones base níquel en trabajos a elevada temperatura, debido a que en estas condiciones son capaces de retener sus propiedades mecánicas, presentando además un mejor comportamiento a corrosión, oxidación y fluencia. En el presente trabajo se exponen los resultados obtenidos en la investigación llevada a cabo para determinar el comportamiento de una aleación �-TiAl en condiciones de alta temperatura y analizar el efecto de la velocidad de deformación. Para ello, se realizaron ensayos estáticos de tracción de referencia a baja velocidad de deformación y ensayos de tracción a alta velocidad de deformación mediante el dispositivo experimental de la barra Hopkinson, a temperaturas comprendidas entre los 25ºC y los 850ºC. Para ayudar a explicar el comportamiento mecánico obtenido, se hizo un estudio de las superficies de fractura mediante microscopía electrónica de barrido, en el que se observó una doble tipología microestructural del material, laminar y dúplex. Los resultados obtenidos en los ensayos muestran una influencia clara de la velocidad de deformación en la tensión máxima, pero no así de la temperatura; además se ha observado que la deformación máxima obtenida depende del tipo de microestructura predominan

Simulación numérica de elementos estructurales de hormigón armado de alta resistencia sometidos a explosiones

En los últimos años ha crecido el interés por el uso del hormigón de alta resistencia en la construcción de estructuras resistentes a explosiones y de elementos de protección frente a impactos y explosiones. En el presente trabajo se analiza la capacidad de los modelos numéricos existentes a la hora de reproducir resultados experimentales obtenidos sobre hormigones de alta resistencia sometidos a cargas explosivas y cargas estáticas. Para ello se emplea una campaña experimental desarrollada por la Agencia de Defensa de Suecia sobre vigas de este material. Los resultados obtenidos demuestran la capacidad de las herramientas numéricas para reproducir adecuadamente el comportamiento del hormigón si bien, paradójicamente, proporcionan mejores resultados en régimen dinámico que en régimen estático. Las simulaciones numéricas, junto con el análisis de los resultados experimentales, permiten obtener conclusiones acerca del diferente comportamiento de los elementos estructurales sometidos a altas velocidades de deformación frente a su comportamiento en régimen estático

Analysis of the Fracture of Reinforced Concrete Flat Elements Subjected to Explosions. Experimental Procedure and Numerical Validation

Many of the material models most frequently used for the numerical simulation of the behavior of concrete when subjected to high strain rates have been originally developed for the simulation of ballistic impact. Therefore, they are plasticity-based models in which the compressive behavior is modeled in a complex way, while their tensile failure criterion is of a rather simpler nature. As concrete elements usually fail in tensión when subjected to blast loading, available concrete material models for high strain rates may not represent accurately their real behavior. In this research work an experimental program of reinforced concrete fíat elements subjected to blast load is presented. Altogether four detonation tests are conducted, in which 12 slabs of two different concrete types are subjected to the same blast load. The results of the experimental program are then used for the development and adjustment of numerical tools needed in the modeling of concrete elements subjected to blast

Metodología para la Obtención de la Tenacidad de la fractura dinámica. Aplicación a un acero estructural

Este trabajo propone una nueva metodología para la obtención de la tenacidad de fractura dinámica en materiales cuyo comportamiento en fractura dinámica se puede asimilar al elástico y lineal. La metodología se basa en el ensayo de flexión en tres puntos en barra Hopkinson. Consiste en obtener la historia del factor de intensidad de tensiones y determinar el tiempo en el que se inicia la propagación de la fisura. Para ello es necesario medir la deformación en un lugar próximo a la punta de la fisura mediante cualquier técnica de extensometría aplicable a alta velocidad de deformación. La nueva metodología se basa en la proporcionalidad entre la deformación de la probeta y el factor de intensidad de tensiones en condiciones dinámicas en puntos cercanos a la punta de la fisura. Para determinar con precisión el instante de rotura, se empleó una técnica mixta contraponiendo la medida de COD con la deformación de la probeta en un lugar determinado. La metodología se ha aplicado con éxito al acero estructural Armox 500T, obteniéndose unos valores de tenacidad de fractura dinámica muy similares a los valores de tenacidad de fractura estática de este material, en línea con lo esperable para un acero de alta resistencia

Medida de la tenacidad de fractura dinámica de un acero de blindaje de alta resistencia

En el presente trabajo se resumen resultados preliminares de la investigación que se lleva a cabo para determinar el comportamiento a fractura en condiciones estáticas y dinámicas del acero de blindajes de alta resistencia Armox500T. Para el presente estudio se prepararon probetas de flexión en tres puntos entalladas, que se fisuraron a fatiga. Posteriormente, se ensayaron a flexión hasta rotura en una máquina de ensayos mecánicos para obtener la tenacidad de fractura estática KIC. Para obtener la tenacidad de fractura en condiciones dinámicas, se empleó una barra Hopkinson modificada para poder realizar ensayos de flexión en tres puntos. En este dispositivo se obtuvieron los registros de desplazamiento y velocidad, así como el instante de rotura mediante sensores de detección de fisuras pegados sobre las probetas. A continuación se realizó una simulación numérica del ensayo, utilizando el código LS DYNA para analizar el estado de tensiones y deformaciones en torno a la fisura en función del tiempo. A partir de los resultados de la simulación numérica se obtuvo la historia del factor de intensidad de tensiones dinámico en función del tiempo. Utilizando el dato del tiempo de rotura del sensor, el valor de la tenacidad de fractura deducido era poco realista. En consecuencia, se decidió utilizar un método numérico para deducir el tiempo de propagación de la fisura, por comparación con los datos experimentales de velocidades en la barra transmisora. Así fue posible obtener la tenacidad de fractura dinámica C Id K . Se comprueba que para este acero de alta resistencia, los resultados de la tenacidad de fractura en condiciones estáticas y dinámicas obtenidos (KIC y C Id K ) son similares

Mechanical Behavior of FV535 Steel against Ballistic Impact at High temperatures

This paper presents the results of a wide experimental of ballistic tests against FV535 plates at temperatures from room to 700ºC. Those tests have been done using a light gas gun shooting round balls up to 800m/s. Residual velocity curves and the ballistic limit at different temperatures has been obtained. To check if the material model obtained from the Hopkinson bar tests reproduces the behavior of the material, the impact tests on FV535 plates are compared with numerical simulations. In those simulations the residual velocity curves have been compared with the experimental ones, introducing the Johnson-Cook fracture model in LSDYNA explicit code. The results shows that the model obtained reproduces very well the residual velocity curves. Taking a closer look at the impacted plates, and comparing the final geometry against the numerical simulations, the experimental and numerical geometries of the plates are almost identical. The special nature of these impact tests has been crucial to verify the Johnson-Cook fracture mode