Modelización del comportamiento plástico y fractura en aleaciones

La vulnerabilidad de las estructuras construidas y diseñadas por el ser humano ante condiciones de cargas o tensiones extremas, ya sean accidentes, fenómenos naturales o situaciones de conflicto, pone en el punto de mira el correcto diseño y estudio de estas estructuras. Cualquier fallo prematuro debe ser ampliamente estudiado y, si las condiciones lo permiten, debe ser prevenido. El fallo prematuro de cualquier componente clave de un sistema puede poner en riesgo la vida de los ocupantes e incluso provocar el colapso del sistema en su conjunto. Para minimizar la cantidad de daños en caso de posible fallo o desgaste del componente, es función del ingeniero entender el mecanismo de fallo y desarrollar los modelos de predicción. Este proyecto incluye el estudio de los modelos matemáticos más utilizados actualmente en la modelización del comportamiento de los materiales. Modelos como el de Bao (obtenido modificando el modelo de Mohr-Coulomb), el de Johnson-Cook acoplado al daño y el modelo de microplano J2 (MPJ2), serán estudiados y comparados en cuanto a sus comportamientos elastoplásticos y de fractura del mismo. Para ello, se consideran los siguientes ensayos mecánicos y materiales: tracción uniaxial, compresión uniaxial y cizalladura simple, aplicados a aleaciones de aluminio, Al2024-T351 y AA6016-T6. Se encontraron datos experimentales relevantes y se perfeccionó la calibración del modelo para valorar la capacidad de modelización de cada modelo considerado Finalmente, se realiza una comparación entre los modelos mencionados destacando la funcionalidad de cada uno.La vulnerabilitat de les estructures construïdes i dissenyades per l'ésser humà davant les condicions de càrregues o tensions extremes, ja siguin accidents, fenòmens naturals o situacions de conflicte, posa en el punt de vista del disseny correcte i estudi d'aquestes estructures. Qualsevol fallada prematura ha de ser àmpliament estudiada i, si les condicions ho permeten, s'ha de prevenir. La fallada prematura de qualsevol component clau d'un sistema pot posar en risc la vida dels ocupants i fins i tot causa el col·lapse del sistema en conjunt. Per minimitzar la quantitat de danys en cas possible fallada o desgast del component, és la funció de l'enginyer per entendre el mecanisme de fallada i desenvolupar els models de predicció. Aquest projecte inclou l'estudi dels models matemàtics més utilitzats actualment en la modelització del comportament material. Els models com Bao (obtinguts modificant el model Mohr-Coulomb), que de Johnson-Cook juntament amb els danys i el model de microplane J2 (MPJ2), s'estudiaran i es comparen en els seus comportaments elastoplasticos i fractures. Per això, es consideren les següents proves mecàniques i materials: tracció uniaxial, compressió uniaxial i cisalla simple, aplicada a aliatges d'alumini, AL2024-T351 i AA6016-T6. Es van trobar dades experimentals rellevants i es va perfeccionar la calibració del model per avaluar la capacitat de modelització de cada patró considerat Finalment, es fa una comparació entre els models esmenats destacant la funcionalitat de cadascuna.The vulnerability of structures built and designed by human beings to conditions of extreme loads or stresses, whether accidents, natural phenomena or conflict situations, puts the correct design and study of these structures in focus. Any premature failure should be extensively studied and if conditions allow it should be prevented. The early failure of any key component of a system can risk the life of the occupants and even lead to the collapse of the system as a whole. In order to minimize the amount of damage in the event of possible failure or wear of the component, it is the function of the engineer to understand the failure mechanism and to develop the prediction models. This project includes the study of the mathematical models most used today in the modelling of material behaviour. Models such as Bao's (obtained by modifying Mohr-Coulomb model), JohnsonCook coupled with damage and the microplane J2 model (MPJ2), will be studied and compared in terms of their elastoplatic and fracture behaviors it. To do this end, the following mechanical tests and materials are considered: uniaxial traction, uniaxial compression and simple shear, applied to aluminum alloys, Al2024-T351 and AA6016-T6. Relevant experimental data was found and model calibration was perfromed to assess the modeling capacity of each model considered Finally a comparison is made between the aforementioned models highlighting their functionality