Resumen de Simulación de fenómenos de daño para metamateriales

R.V. Montero Mayoral, M. A. Sanz, Vicente Francisco González Albuixech

• español

  Los metamateriales se generan a partir de una red interrelacionada de celdas y pueden presentar un comportamiento a nivel macroscópico que difiere del que caracteriza a sus constituyentes más elementales. La modelización de la influencia que el daño y fractura de los elementos constituyentes tienen en las propiedades macroscópicas del metamaterial es de relevancia para su estudio mecánico. Alterando el comportamiento resistente a nivel elemento (variando su módulo elástico longitudinal), es posible aproximar el efecto del daño en la estructura completa. Es decir, se considera válida la sustitución del proceso de dañado y deformación plástica por una serie de estados intermedios contenidos en el régimen elástico lineal. Cada estado queda caracterizado por el valor del módulo elástico del elemento, cuya geometría permanece inalterada. En un proceso iterativo, los elementos que soportan tensiones superiores a las impuestas como fronteras, progresan a través de los diferentes estados, disminuyendo su módulo elástico, hasta que se consideran rotos y son eliminados de la estructura. Los efectos másicos se desprecian y se parte de un estado libre de tensiones residuales en cada iteración. Se presenta un algoritmo sencillo para simular el efecto del daño en estructuras de metamaterial, aplicable a cualquier programa de elementos finitos.

• English

  Metamaterials are generated from an interrelated set of cells and can present a macroscopic behaviour that differs from the one that characterizes its basic constituents. Modelling the influence that the damage and fracture of the elemental constituents have in the macroscopic properties of the metamaterial is relevant for its mechanical analysis. Altering the resistant behaviour of the elements (changing their longitudinal elastic modulus), it is possible to approximate the effect of the damage in the complete structure. It is considered as valid the substitution of the damage and plastic deformation phenomena by intermediate states contained in the linear elastic deformation regime. Each state is characterized by the elastic module of the element, whose geometry remains unmodified. In an iterative process, when the induced stress in the elements is greater than the one stablished as the limit, they progress through the different states, diminishing their elastic modulus until they are considered as fractured and are eliminated from the structure. Mass effects are ignored, and a stress-free structure is implemented to calculate each iteration. A simple algorithm is presented to simulate the effect of damage in metamaterial structures, applicable to any finite element software