Este trabajo de tesis doctoral trata sobre el estudio de las propiedades mecánicas de
espumas metálicas nanoporosas. Empleando simulaciones con la técnica de dinámica
molecular se estudia la compresión a alta velocidad de un monocristal de tantalio bcc
con poros distribuidos al azar. En comparación con estudios de un poro aislado, la
interacción entre los poros produce una disminución en las tensiones necesarias para
el inicio del régimen plástico. La plasticidad se manifiesta mediante la emisión de
dislocaciones desde la superficie de los poros, en forma de lazos de corte, y su interacción
deriva en endurecimiento. La evolución de la plasticidad conlleva a una disminución
de la porosidad hasta que los poros desaparecen completamente. Las densidades de
dislocaciones resultantes se corresponden con resultados experimentales.
Con el fin de evaluar y cuantificar la evolución de la plasticidad se realizó un
análisis de las dislocaciones observadas. Los nanoporos actúan como fuentes para la
emisión de dislocaciones. Los lazos de corte se nuclean en la superficie de los poros y
se expanden por el avance de la componente de borde. A partir de las simulaciones
con dinámica molecular se predicen las configuraciones de las dislocaciones y sus
densidades y éstas últimas resultan comparadas frente a modelos basados en
dislocaciones geométricamente necesarias, con resultados satisfactorios. Se realizaron
cálculos de tensiones críticas resueltas para todos los sistemas de deslizamiento,
empleándose para identificar el vector de Burgers operante en los lazos de dislocación.
Los cambios en la temperatura de la muestra durante la deformación plástica fueron
empleados para estimar la densidad de dislocaciones móviles. Los resultados
obtenidos son comparados con una variedad de modelos constitutivos basados en
dislocaciones.
Además, se estudió una nanoespuma de oro fcc, sobre la cual se realizó una
caracterización empleando microscopía electrónica de transmisión y microscopía
electrónica de barrido. En vista de los resultados de la caracterización experimental y
empleando dinámica molecular, se estudiaron las propiedades mecánicas de una
nanoespuma de oro fcc sujeta a compresión a alta velocidad. Para esta parte del
estudio se empleó una nanoespuma con porosidad del orden del 75 %, identificándose
distintas etapas en la deformación plástica.
Con base en las simulaciones atomísticas, se ha observado un régimen de
densificación en todas las muestras nanoporosas estudiadas. Con estos resultados, se
propone un nuevo modelo de cambio de porosidad respecto a la deformación para su
uso en simulaciones a escala del continuo
