Modelo simplificado de pocos grados de libertad, para simular el impacto de una roca sobre una viga de hormig��n armado

Durante mucho tiempo se han estudiado los efectos producidos por el impacto de objetos sobre estructuras, inicialmente la gran mayor��a de los estudios se centraban en el impacto de proyectiles de tipo bal��stico dado el inter��s que se ten��a en el dise��o de estructuras capaces de soportar el impacto de dichos proyectiles. Dada la falta de capacidad de c��lculo para resolver el problema que tuviera en cuenta el comportamiento global de la estructura junto con el comportamiento local, los estudios se centraban b��sicamente en la zona de impacto. El momento en el cual se pueden realizar c��lculos que requieren de m��ltiples iteraciones para llegar a una soluci��n satisfactoria al complejo problema planteado no se produce hasta la llegada de los modernos ordenadores. En el presente estudio se establece un sistema de m��ltiples grados de libertad (SMDF, System of Multiple Degrees of Freedom), que permite el estudio del impacto de una roca sobre una viga de hormig��n armado teniendo en cuenta factores que afectan al ��mbito local y global de la estructura analizada. El sistema se resuelve a trav��s de un m��todo de resoluci��n impl��cita como es el m��todo de Newmark, el cual nos permite, sin tener que acceder a un programa de elementos finitos, obtener una soluci��n suficientemente aproximada al problema planteado con un coste computacional relativamente bajo. En el documento se comprueba el modelo propuesto con los resultados existentes de unos ensayos a escala real, y se plantean diversas hip��tesis analizando las diferentes respuestas del sistema a la variaci��n de las condiciones de partida. The effects produced by the impact of objects on structures have been studied for a long time. Initially, the vast majority of studies focused on the impact of ballistic missiles, due to the particular interest in the design of these structures being capable to withstand the impact such projectiles. Due to the lack of calculation capacity to solve the problem of taking into account the global behavior of the structure together with the local behavior, the studies focused mainly on the impact zone. The moment in which calculations that required multiple iterations could be performed with satisfactory solutions for the complex problem presented did not arrive until the introduction of modern computers. The present study establishes a System of Multiple Degrees of Freedom, which allows the study of the impact of a rock on a reinforced concrete beam, taking into account factors that affect the local and global behavior of the structure analyzed. The system is solved using an implicit solution method as is the Newmark method, which allows us, without using a finite element program, to obtain a sufficiently approximate solution to the problem with a relatively low computational cost. This paper tests the proposed model with existing results obtained in large-scale tests, and analyses the response of the system to various changing scenarios to the starting conditions.

An��lisis del comportamiento en servicio de los puentes de f��brica ante las nuevas condiciones de explotaci��n

Los puentes arco de f��brica representan una parte importante del inventario de puentes en Espa��a y en Europa. De aqu��, la importancia cuantitativa de estas estructuras y el inter��s que representa tanto para las Administraciones, organismos p��blicos y privados como para la sociedad en general, mantener estos puentes en servicio. Para poder alargar su vida ��til, a��n m��s si cabe, se plantea imprescindible llevar a cabo una labor de conservaci��n y mantenimiento adecuada. La importancia de la evaluaci��n estructural de los puentes de f��brica se basa en la conveniencia de conocer el comportamiento estructural tanto en condiciones de servicio como en agotamiento. El comportamiento en Estado L��mite ��ltimo ha sido estudiado en profundidad y como resultado, la seguridad frente a agotamiento ha quedado definida con cierta confianza. Sin embargo, el comportamiento en Estado L��mite de Servicio no es tan conocido. Se considera necesaria una revisi��n del concepto de ELS en puentes arco de f��brica puesto que muchos de ellos, cumpliendo las comprobaciones establecidas para ELU, presentan da��os asociados a las actuales condiciones de explotaci��n existentes actuales. El presente trabajo se enmarca dentro de un proyecto que est�� llevando a cabo la UIC (Union Internationale de Chemins de Fer) desde 2004. El objetivo general del mismo es conocer el comportamiento de los puentes arco de f��brica y mejorar los m��todos de evaluaci��n, mantenimiento y reparaci��n existentes. Con este estudio, se pretende contribuir a mejorar la caracterizaci��n del comportamiento en servicio de estas estructuras. Para ello se ha realizado un an��lisis del estado tensional de la b��veda y el relleno estudiando la influencia de la configuraci��n geom��trica de los puentes y las propiedades de los materiales que los componen. Entender el funcionamiento de estas estructuras y conocer sus peculiares caracter��sticas ha sido el paso previo al desarrollo del estudio. Para ello, se ha acudido al minucioso trabajo desarrollado por diversos autores, desde los primeros an��lisis mediante la l��nea de presiones hasta los actuales m��todos basados en elementos finitos. En primer lugar, se ha realizado un estudio param��trico de diferentes configuraciones geom��tricas. El objetivo es comprobar la influencia de las dimensiones absolutas y las relaciones existentes entre las mismas en el comportamiento en servicio de los puentes. A continuaci��n, se ha estudiado la influencia de las propiedades mec��nicas de los rellenos r��gido y granular (modificando su m��dulo de deformabilidad) en el estado tensional de la b��veda y el propio relleno. Para las dos etapas anteriores se emplea un modelo simplificado de puente arco de f��brica. A continuaci��n, se crea un modelo m��s completo del mismo, para estudiar la influencia de las propiedades mec��nicas del substrato de cimentaci��n en el comportamiento estructural en servicio de la estructura. El objetivo final de este trabajo fin de m��ster, es conocer el comportamiento en servicio de los puentes arco de f��brica, para poder establecer las variables que condicionan el mismo. El siguiente paso en este campo de estudio, consiste en fijar unos valores l��mite para las mismas. Como s��ntesis de las conclusiones obtenidas, se menciona que el comportamiento estructural de los puente arco de f��brica, en mayor o menor medida, est�� influenciado por su geometr��a y las propiedades de los rellenos y substrato de cimentaci��n que forman parte del mismo. Masonry arch bridges represent an important part of the total bridges, both in Spain and Europe. For this reason, these structures are so important in terms of quantity. They play an essential role for public administration and people in general. In order to remain those bridges serviceable, suitable inspections and repairs are required. It is necessary to have knowledge of the bridge condition so that an assessment can be made with confidence. It is therefore necessary to check that bridges behave properly under Ultimate Limit State criterion and Serviceability Limit State criterion. ULS has been studied thoroughly and as result, requirements under collapse are well described. However, structural behaviour under conditions of serviceability is not well evaluated. Serviceability Limit State criterion should be redefined for masonry arch bridges assessment. This is because many bridges that fulfil SLS criterion have damages. The purpose of this work is to take part in the improvement of assessment under serviceability. A vault and fill structural behaviour analysis has been performed from two points of view: geometry of the bridge and materials��� properties. The starting point was learning about masonry arch bridges behaviour and their special features. For this task, a revision of several authors��� thorough study has been made, from the line of thrust analysis to the current finite element analysis. Firstly, a parametric study of typologies of bridge has been made. The aim is to know how vault and fill behaviour changes modifying both absolute dimensions and relation between them. In the next step, a study of both surface fill and backfill properties has been done. The aim is to know how vault and fill behaviour changes modifying Young���s modulus. The principal conclusion achieved along this work is that the structural behaviour of masonry bridges depends of the bridge geometry and its material properties.

Nuevos desarrollos en la caracterizaci��n geom��trica y simulaci��n mec��nica de paredes arteriales

El presente trabajo resume los desarrollos realizados por el Grupo de Mec��nica Computacional de la ETSICCP de la UPM en el campo de la biomec��nica. Se presentan estrategias de caracterizaci��n geom��trica de paredes arteriales a partir de tomograf��a computarizada y de reconstrucciones tridimensionales del cayado a��rtico, se describe una metodolog��a de implementaci��n de las tensiones iniciales dentro del contexto del an��lisis por elementos finitos y se expone un modelo constitutivo de da��o continuo que busca reproducir la degradaci��n material del tejido a��rtico.

La desaparici��n de la barrera del an��lisis estructural en el desarrollo de los proyectos arquitect��nicos

A lo largo de la historia en numerosas ocasiones la imaginaci��n de los creadores ha ido por delante de las posibilidades t��cnicas de cada momento. Muchas de estas nuevas ideas han requerido largos periodos de tiempo para materializarse como realidad construida, hasta que el desarrollo tecnol��gico e industrial ha alcanzado un desarrollo suficiente. Estas limitaciones t��cnicas se han acotado paulatinamente desembocando en la situaci��n actual en la que cualquier planteamiento formal puede ser representado y analizado desde un punto de vista estructural, concluy��ndose por tanto que ha desaparecido la barrera del an��lisis y de la representaci��n gr��fica en lo que al desarrollo de los proyectos arquitect��nicos se refiere. A lo largo del art��culo se analiza c��mo la formulaci��n del m��todo de los elementos finitos en la d��cada de los 50 y la posterior generalizaci��n de los ordenadores personales y de los paquetes de software de dibujo (C.A.D.) y an��lisis estructural (F.E.M.) en los estudios de arquitectura e ingenier��a en la d��cada de los 80 del siglo pasado, posibilit�� el desarrollo de cualquier propuesta arquitect��nica por compleja que ��sta sea. Esto ha provocado una verdadera revoluci��n a nivel formal en el mundo de la arquitectura, especialmente en el campo de la edificaci��n singular o ic��nica. Se estudia este proceso a trav��s de ocho casos de estudio.

An��lisis del acoplamiento vibro-ac��stico en resonadores de membrana

El presente Trabajo Fin de M��ster pretende llevar a cabo el an��lisis del comportamiento vibratorio de resonadores de membrana, consistentes en un panel delgado y ligero montado a cierta distancia de un elemento constructivo r��gido y pesado. Este tipo de sistemas resonantes son empleados habitualmente como absorbentes de media-baja frecuencia en aplicaciones de acondicionamiento ac��stico de salas. El an��lisis har�� especial hincapi�� en la influencia del acoplamiento mec��nico-ac��stico entre la placa vibrante (estructura) y el colch��n de aire (fluido) encerrado entre la misma y la pared r��gida. En primer lugar, realizaremos el an��lisis modal experimental del resonador objeto de ensayo a partir de las mediciones de su respuesta vibratoria, con el fin de caracterizar su comportamiento en base a sus primeros modos propios acoplados de flexi��n. El an��lisis de las se��ales vibratorias en el dominio de la frecuencia para la identificaci��n de dicho modos se realizar�� en el entorno de programaci��n MATLAB, haciendo uso de una herramienta propia que implementa los m��todos de c��lculo y los algoritmos necesarios para tal fin. Asimismo, simularemos el comportamiento del resonador mediante el m��todo de elementos finitos (FEM), utilizando las aplicaciones ANSYS y SYSNOISE, considerando diferentes condiciones frontera en el modelo generado. Los resultados aqu�� obtenidos ser��n de utilidad para complementar aquellos obtenidos de forma experimental a la hora de extraer conclusiones pr��cticas del an��lisis realizado. SUMMARY. This Master's Thesis intends to carry out the analysis of the vibratory behaviour of resonance absorbers, consisting of a thin and lightweight panel mounted at a distance from a rigid wall. Such systems are commonly used as sound absorption systems for mid-low frequency in room acoustics applications. The analysis will emphasize the influence of mechanical-acoustic coupling between the vibrating plate (structure) and the air cushion (acoustic element) enclosed behind it. First of all, we are performing the experimental modal analysis of the resonance absorber under test from the vibrational response measurements, in order to characterize its behaviour based on its first bending coupled-modes. The analysis of vibration signals in the frequency domain for the identification of such modes will be made in MATLAB programming environment, using a proprietary tool that implements the calculation methods and algorithms needed for this purpose. Furthermore, we are simulating the behaviour of the resonance absorber applying the Finite Element Method (FEM) ��� using ANSYS and SYSNOISE applications - considering different boundary conditions in the model created. The results from the simulation will be useful to complement those obtained experimentally when drawing practical conclusions from this analysis.

Modelizaci��n y simulaci��n num��rica de sistemas geot��rmicos planos

En el presente proyecto se estudiar�� la conveniencia de utilizar simulaci��n num��rica para evaluar, dise��ar y mejorar el dise��o de instalaciones geot��rmicas planas. Para ello, se modelizar�� el conjunto de terreno y sistema geot��rmico mediante el acoplamiento de un modelo tridimensional (terreno) y un modelo unidimensional, formado por la red de tuber��a geot��rmica, que estar�� dispuesta en un plano cuya orientaci��n depender�� de las aplicaciones. Para la simulaci��n num��rica se utilizar�� un software de an��lisis y resoluci��n por elementos finitos tipo comercial. Finalmente, se definir��n unos par��metros geom��tricos de dise��o y, teniendo en cuenta las propiedades t��rmicas de cada material, se realizar��n estudios param��tricos para determinar la influencia de cada grupo de par��metros. Ello requerir�� la realizaci��n de cientos de simulaciones num��ricas que permitir��n optimizar el rendimiento de sistemas geot��rmicos planos tanto horizontales (soleras), como verticales (muros pantalla). ABSTRACT In this project it is going to be studied the convenience of numerical simulation as to evaluate, design and improve the design of geothermal planar installations. With this purpose, the terrain and the geothermal system will be modeled by coupling a three-dimensional model (terrain) and a one-dimensional model formed by the geothermal piping network disposed in a plane with an orientation which will depend on the applications. For the numerical simulation commercial software of analyzing and resolving by finite elements will be used. Finally, geometric design parameters will be defined, and taking into account the thermal properties of each material, parametric studies will be performed to determine the influence of each group of parameters. This will require the completion of hundreds of numerical simulations which will enhance the performance of both horizontal (slabs) and vertical (diaphragm walls) geothermal systems.

Barreras de ondas en medios arcillosos saturados

El uso del M��todo de los Elementos de Contorno en problemas relacionados con din��mica de suelos est�� bien establecido por sus ventajas de discretizaci��n y precisi��n. En los casos de arcillas blandas saturadas en que el coeficiente de Poisson pueda tomarse v=0.5 se producen problemas bien conocidos en el M��todo de los Elementos Finitos mientras que en Elementos de Contorno aparecen efectos relacionados con una mala definici��n de la soluci��n fundamental. En este art��culo se ha utilizado una nueva reordenaci��n de la soluci��n fundamental para estudiar el efecto de reducci��n en los niveles de vibraci��n cuando se interpone una zanja entre el foco de vibraci��n y el receptor.

Comodidad ferroviaria al paso de puentes

Se ha examinado la respuesta en tres de los puentes propuestos por el Comit�� de Expertos de la O.R.E. como gen��ricos. Las caracter��sticas mec��nicas de cada uno son las que se exponen, aclarando de antemano que se trata de puentes de un s��lo vano y que el n��mero de modos se refiere al n��mero de deformadas (senoidales) con que se aproxima a la real. El tipo de tren utilizado es cl��sico, compuesto por una locomotora CC 6500 y un vag��n CORAIL. En cada caso se han efectuado pasadas correspondientes a las velocidades de 120, 160 y 200 Km/h. reflej��ndose la aceleraci��n en la parte delantera y trasera del coche, en el puente QA y para cada velocidad de paso. Los resultados obtenidos para el par��metro V.D.V. muestran unos valores muy inferiores a aquellos que producen alguna sensaci��n de incomodidad. Se hace notar no obstante que ello ocurre a pesar de que el registro temporal muestra aceleraciones importantes, especialmente a velocidades elevadas. Aparecen pues enfrentadas dos formas diferentes de entender la incomodidad causada por las vibraciones. El V.D.V. recoje la influencia de la duraci��n de las vibraciones, pero no el efecto de transitorios que tienden a desaparecer en el filtrado. Es por ello que, al menos en lo que a esta aplicaci��n se refiere, no parece aconsejable utilizar el V.D.V. como par��metro ��nico, a pesar de sus evidentes ventajas en cuanto a comodidad y sencillez de uso. Por otra parte, la no inclusi��n de las irregularidades de la v��a como factor agravante sobre la se��al de partida, puede ser motivo de discrepancias con la realidad.

Impedancias din��micas en zapatas r��gidas y flexibles sobre medios viscoel��sticos

Se presentan aplicaciones recientes del M��todo de los Elementos de Contorno al c��lculo de impedancias de cimentaciones en terrenos viscoel��sticos, haciendo especial hincapi�� en el tratamiento de medios estratificados para problemas con simetr��a de revoluci��n y en la forma de tratar zapatas flexibles.

Efectividad de trincheras y pantallas en el aislamiento de las vibraciones generadas por el tr��fico ferroviario subterr��neo

Se aborda un caso pr��ctico de ferrocarril en un t��nel soterrado en zona urbana con edificaciones tipo vivienda en las inmediaciones. Como procedimiento num��rico para el desarrollo del estudio se ha adoptado el M��todo de los Elementos de Contorno, debido a las ventajas que presenta, frente a otros m��s ampliamente difundidos (Elementos Finitos, Diferencias Finitas, etc.), en el modelado de medios infinitos o semi-infinitos. Se ha definido un modelo bidimensional del terreno, en el que se incluye el t��nel, con la fuente de excitaci��n, y un edificio tipo. Las caracter��sticas del terreno se han obtenido mediante prospecci��n geof��sica. En base a un estudio de sensibilidad se ha simplificado el modelo, verificando su validez mediante comparaci��n de resultados con registros de vibraciones recogidos in situ. Se ha llevado a cabo un estudio param��trico tomando como referencia el modelo simplificado, en el que se incorporan trincheras as�� como pantallas de distintos materiales con diversas profundidades y en dos emplazamientos diferentes, obteniendo la reducci��n del nivel de vibraci��n conseguido en los puntos m��s significativos del modelo para las distintas soluciones.

Los m��todos proyectivos en la mec��nica de los medios cont��nuos

El M��todo de las Ecuaciones Integrales es una potente alternativa a los M��todos de Dominio tales como el M��todo de los Elementos Finitos. La idea ensencial es la combinaci��n de la cl��sica relaci��n de la reciprocidad con la filosof��a de la discretizaci��n del F.E.M. La aplicaci��n a algunos problemas reales ha demostrado que en ciertos casos el B.I.E.M. es preferiole al F.E.M. y ello es especialmente as�� cuando los problemas a tratar son tridimensionales y con geometr��a complicada. En esta ocasi��n se analizan comparativamente algunos aspectos matem��ticos del procedimiento = Boundary integral equation method (B.I.E.M.)is a powerful alternative to the domain methods, as the well know Finite Element Method (F .E.M.) The esential idea, are the combination of the classical reciprocity re!ations with the discretization phylosophy of F.E.M. The reduction in dimension of the domain to be discretized, the easy treatment of infinite domains and the high accuracy of the results are the main adventages of B.I.E.M. Between the drawacks the nonsymetry and non sparseness of the matrices to be treated are worth remembering. Application to several real problems has shown that in certain cases B.I.E.M. is better than F.E.M. and this is specially true when tridimensional problems of complicated geometries have to be treated. Active research is in progress of its extensi��n to non linear and time dependent problems.

Efecto del Cross-talk en la respuesta de un Transductor Ultras��nico tipo PZT

El presente trabajo de tesis investiga el efecto del fen��meno conocido como ���Cross-talk��� generado por el modo lateral de vibraci��n, en la respuesta de un transductor ultras��nico formado por un arreglo de elementos piezoel��ctricos tipo PZT (Zircanato Titanato de Plomo), la investigaci��n se lleva a cabo desde el punto de vista de la naturaleza f��sica de este efecto, as�� como de los par��metros asociados al mismo, as�� como un an��lisis del efecto del ���Cross-talk��� en la respuesta del transductor, formado por arreglos de elementos piezoel��ctricos. Diversas investigaciones han abordado el fen��meno del ���Cross-talk��� y de sus efectos en la respuesta de los transductores, estos se han enfocado principalmente al modo espesor (thickness) de vibraci��n. Sin embargo no ha habido un estudio a fondo para el estudio de este fen��meno en el modo lateral de vibraci��n tema de inter��s de este trabajo de tesis. Este trabajo incluye simulaciones del fen��meno del ���Cross-talk��� mediante el m��todo de los elementos finitos (MEF), as�� como la construcci��n de un transductor tipo matricial (arrray) de 2x3 elementos, en el que fueron realizadas las mediciones f��sicas del fen��meno. El trabajo abarca un estudio comparativo entre las simulaciones y las mediciones realizadas en el transductor, considerando que las cer��micas del transductor est��n montadas sobre diferentes materiales (backing) en donde la propagaci��n de la energ��a emitida por las cer��micas piezoel��ctricas provoca un mayor o menor grado de ���Cross-talk��� dependiendo de la velocidad en que se propaga dicha energ��a. Esta investigaci��n tambi��n llev�� a cabo el estudio del efecto del ���Cross-talk��� en el patr��n de radiaci��n que emite el arreglo de elementos piezoel��ctricos, siendo este patr��n de radiaci��n un factor importante en la respuesta del transductor, motivo por el cual se realiz�� un an��lisis de c��mo se ve afectado este patr��n bajo la influencia del fen��meno del ���Cross-talk���. Como ya se mencion�� debido a la falta de un estudio a profundidad del fen��meno del ���Cross-talk��� en el modo lateral, la contribuci��n del presente trabajo es importante ya que se enfoca al modo lateral de vibraci��n de los elementos piezoel��ctricos del arreglo. En particular se desarrollo una ecuaci��n que permite cuantificar el fen��meno del ���Cross-talk��� y visualizar sus efectos en el arreglo. Derivando de este estudio se concluye que el fen��meno del ���Cross-talk��� generado por el modo lateral de vibraci��n tiene un efecto significativo en la respuesta de los diferentes transductores matriciales considerados. ABSTRACT This thesis investigates the effect of the phenomenon known as crosstalk from the point of view of its physical nature and the elements that lead to the formation of this phenomenon to an analysis of how it may affect the performance of the ultrasonic transducer. This phenomenon occurs primarily in matrix arrays and this phenomenon is magnified by certain factors causing serious problems in the performance of a transducer. Researchers have addressed the phenomenon of crosstalk and their effects on the response of these transducers. They have mainly focused in the thickness vibration mode, and there has been no comprehensive study of this phenomenon in the lateral vibration mode, issue of interest of this thesis. This work includes simulations of the crosstalk phenomenon using the finite element method (FEM), and the construction of a matrix type transducer (array) of 2x3 elements, in which physical measurements were made. The work includes a comparative study between simulations and measurements in the transducer, whereas the ceramic transducer are mounted on different materials (backing) where the spread of the energy emitted by the piezoelectric ceramic causes a greater or lesser degree of crosstalk depending on the speed at which this energy spreads. This research also carried out the study of the effect of the crosstalk in the radiation pattern emitted by the piezoelectric array. The radiation pattern is an important factor in the response of the transducer that is why we conducted an analysis of how this pattern is affected under the influence of the crosstalk phenomenon. As mentioned before because of the lack of an in-depth study of the crosstalk phenomenon in the lateral vibration mode, the contribution of this work is important because it focuses in this vibration mode of the piezoelectric elements in the array. In particular, an equation was developed to quantify the crosstalk phenomenon and to see its effects in the array. Deriving from this study it is possible to conclude that the crosstalk phenomenon generated by the lateral vibration mode has a significant effect on the response of the different matrix transducers considered in this work.

M��todos num��ricos

En primer lugar se hace referencia al M��todo de los Elementos Finitos (MEF), a partir del cual se plantea el esquema general de un programa en elasticidad en el que, para empezar, se procede a la introducci��n de datos; despues, para cada elemento se realiza el c��lculo de k elevado a e, el c��lculo de f elevado a e, la rotaci��n a coordenadas globales y la colocaci��n en matrices globales k y f; los siguientes pasos son: aplicaci��n de las condiciones de contorno, resoluci��n del sistema de ecuaciones, c��lculo de tensiones y esfuerzos y finalmente, presentaci��n de resultados. En segundo lugar, en el apartado dedicado a la viscoelasticidad se recuerdan dos alternativas que son de inter��s en el tratamiento num��rico de problemas viscoel��sticos. Por un lado se resume la formulaci��n de la ley de comportamiento mediante variables de estado y a continuaci��n se presenta una formulaci��n de tipo potencial. Finalmente se muestra un ejemplo sencillo.

Sensibilidad a las entallas del acero inoxidable d��plex fuertemente trefilado

En el presente trabajo se estudia la sensibilidad a las entallas suaves de alambres de acero inoxidable d��plex fuertemente trefilado. Las entallas consideradas son reducciones de la secci��n transversal del alambre no sim��tricas respecto al eje de revoluci��n. Tras constatar experimentalmente que los alambres con este tipo de da��o fallan por agotamiento pl��stico, se ha determinado num��ricamente la carga de agotamiento pl��stico en funci��n de la profundidad de entalla empleando un mode-lo computacional de elementos finitos. Los resultados num��ricos indican que la mayor deformabilidad del alambre debida a la entalla act��a en favor de su tolerancia al da��o y permite que ��sta alcance el l��mite superior dado por la carga de agotamiento a tracci��n simple del ligamento resistente.This research deals with the sensitivity to blunt notches of highly cold-drawn wires made of d��plex stainless steel. The analyzed notches are actually reductions of the wire cross section, asymmetrically mechanized with respect to the longitudinal wire axis. Once experimentally verified that the notched wires fail by pl��stic collapse, the failure load was found as a function of notch depth by means of a finite element model. The numerical results show that the higher compliance of the wires provided by the notch increases their damage tolerance up to the upper bound given by the tensile pl��stic failure load of the notch ligament.

High fidelity simulations of failure in fiber-reinforced composites

Los ensayos virtuales de materiales compuestos han aparecido como un nuevo concepto dentro de la industria aeroespacial, y disponen de un vasto potencial para reducir los enormes costes de certificaci��n y desarrollo asociados con las tediosas campa��as experimentales, que incluyen un gran n��mero de paneles, subcomponentes y componentes. El objetivo de los ensayos virtuales es sustituir algunos ensayos por simulaciones computacionales con alta fidelidad. Esta tesis es una contribuci��n a la aproximaci��n multiescala desarrollada en el Instituto IMDEA Materiales para predecir el comportamiento mec��nico de un laminado de material compuesto dadas las propiedades de la l��mina y la intercara. La mec��nica de da��o continuo (CDM) formula el da��o intralaminar a nivel constitutivo de material. El modelo de da��o intralaminar se combina con elementos cohesivos para representar da��o interlaminar. Se desarroll�� e implement�� un modelo de da��o continuo, y se aplic�� a configuraciones simples de ensayos en laminados: impactos de baja y alta velocidad, ensayos de tracci��n, tests a cortadura. El an��lisis del m��todo y la correlaci��n con experimentos sugiere que los m��todos son razonablemente adecuados para los test de impacto, pero insuficientes para el resto de ensayos. Para superar estas limitaciones de CDM, se ha mejorado la aproximaci��n discreta de elementos finitos enriqueciendo la cinem��tica para incluir discontinuidades embebidas: el m��todo extendido de los elementos finitos (X-FEM). Se adapt�� X-FEM para un esquema expl��cito de integraci��n temporal. El m��todo es capaz de representar cualitativamente los mecanismos de fallo detallados en laminados. Sin embargo, los resultados muestran inconsistencias en la formulaci��n que producen resultados cuantitativos err��neos. Por ��ltimo, se ha revisado el m��todo tradicional de X-FEM, y se ha desarrollado un nuevo m��todo para superar sus limitaciones: el m��todo cohesivo X-FEM estable. Las propiedades del nuevo m��todo se estudiaron en detalle, y se concluy�� que el m��todo es robusto para implementaci��n en c��digos expl��citos din��micos escalables, resultando una nueva herramienta ��til para la simulaci��n de da��o en composites. Virtual testing of composite materials has emerged as a new concept within the aerospace industry. It presents a very large potential to reduce the large certification costs and the long development times associated with the experimental campaigns, involving the testing of a large number of panels, sub-components and components. The aim of virtual testing is to replace some experimental tests by high-fidelity numerical simulations. This work is a contribution to the multiscale approach developed in Institute IMDEA Materials to predict the mechanical behavior of a composite laminate from the properties of the ply and the interply. Continuum Damage Mechanics (CDM) formulates intraply damage at the the material constitutive level. Intraply CDM is combined with cohesive elements to model interply damage. A CDM model was developed, implemented, and applied to simple mechanical tests of laminates: low and high velocity impact, tension of coupons, and shear deformation. The analysis of the results and the comparison with experiments indicated that the performance was reasonably good for the impact tests, but insuficient in the other cases. To overcome the limitations of CDM, the kinematics of the discrete finite element approximation was enhanced to include mesh embedded discontinuities, the eXtended Finite Element Method (X-FEM). The X-FEM was adapted to an explicit time integration scheme and was able to reproduce qualitatively the physical failure mechanisms in a composite laminate. However, the results revealed an inconsistency in the formulation that leads to erroneous quantitative results. Finally, the traditional X-FEM was reviewed, and a new method was developed to overcome its limitations, the stable cohesive X-FEM. The properties of the new method were studied in detail, and it was demonstrated that the new method was robust and can be implemented in a explicit finite element formulation, providing a new tool for damage simulation in composite materials.