Implementación numérica de modelo constitutivo fenomenológico para materiales compuestos sensibles a la tasa de deformación

Abstract

Los materiales compuestos de polímero reforzado con fibra están siendo cada vez más usados en una gran variedad de aplicaciones. Algunas de estas aplicaciones implican piezas sometidas a cargas dinámicas y de impacto, por lo que es necesario conocer el comportamiento de estos materiales frente a dichas cargas. Para esto se debe conocer cómo afecta cada una de las variables involucradas en el impacto, en especial el efecto que tiene la velocidad de deformación en este proceso, y tener herramientas que permitan utilizar estos conocimientos en el cálculo de materiales. Como objetivo del presente trabajo se plantea la programación en MATLAB de un modelo constitutivo viscoplástico, ya que este tipo de modelo es el que permite introducir la dependencia de la tasa de deformación en la respuesta mecánica de un material, en conjunto con un modelo de falla dependiente de la tasa de deformación, para luego verificar su funcionamiento y observar la utilidad de ser implementado en un código de elementos finitos. En base a la bibliografía consultada, se analizan algunos modelos constitutivos viscoplásticos para materiales compuestos, y entre ellos se selecciona el de Chen y Morozov [Chen y Morozov 2016], que presenta características que podrían ser de interés para el cálculo de materiales compuestos sometidos a impacto, y también se analizan algunos criterios de falla dependientes de la tasa de deformación, seleccionándose el de Tao [Tao et al. 2017]. Se describe el modelo seleccionado y su extensión de 2D a 3D, mencionando cómo identificar los parámetros propios de este modelo, con tal de facilitar su eventual implementación para modelar distintos materiales, y se presenta la forma en que éste fue implementado en MATLAB. El modelo seleccionado es programado en MATLAB, y se obtienen algunos resultados que permiten verificar que funciona correctamente. Como conclusión principal se tiene que es posible implementar en MATLAB un modelo viscoplástico en conjunto con un criterio de falla para el cálculo de materiales compuestos sometidos a altas velocidades de deformación, lo que permite verificar su funcionamiento en distintas condiciones y analizar la factibilidad y utilidad de su posterior implementación en un código de elementos finitos.