Crack arrest by curved interfaces. Experimental and numerical analysis

• Autores: María Teresa Aranda Romero
• Directores de la Tesis: Israel García García (dir. tes.), Jose Antonio Reinoso Cuevas (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Sevilla ( España ) en 2022
• Idioma: español
• Número de páginas: 219
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  • Tesis en acceso abierto en: Idus
• Resumen

  • El estudio de la técnica para detener el crecimiento de grietas tiene una importancia considerable en la ingeniería. Una gran cantidad de aplicaciones en la industria actual requieren la implementación de tecnología de detención de grietas, incluidas tuberías de transmisión y distribución de gas, cascos de barcos, fuselajes de aviones, puentes, tanques de almacenamiento o rieles de ferrocarril, entre otros. El objetivo de esta metodología es el diseño específico de estructuras tolerantes a la presencia de defectos, es decir, donde la presencia de grietas no implique necesariamente la falla catastrófica de la estructura al propagarse. Sin embargo, la gran mayoría de estos elementos se ensamblan externamente al sistema, lo que aplica un peso adicional a la estructura. Para eludir esta práctica, se han desarrollado diseños alternativos que incorporan discontinuidades integradas en los materiales, favorables para detener y desviar grietas. El uso de interfases no implica agregar masa a la estructura para desviar la trayectoria de la grieta, lo cual es una ventaja notable en ciertas industrias donde la minimización del peso estructural es una prioridad y donde la integridad estructural general es una preocupación importante. Siguiendo esta idea, se ha explorado el diseño de un posible supresor de grietas mediante la consideración de novedosas interfaces curvas o con patrones curvos en estructuras de ingeniería. Las contribuciones más significativas relacionadas con este tema han sido evaluar su uso potencial como supresor de grietas. Para ello, se ha demostrado el fenómeno de detención de una grieta de crecimiento inestable debido a una interfaz débil curva. Las evidencias experimentales mostraron que es posible desviar e incluso detener el crecimiento de una grieta inestable mediante la introducción de una interfaz débil curva. Este hecho podría promover que las estructuras implementaran interfaces curvas en sus diseños. Junto con una gran cantidad de datos experimentales, se proporcionan comparaciones con métodos computacionales. Éstos pueden ayudar en el diseño de estructuras o al menos algunos de sus componentes de mayor tensión. Enfoques LEFM o FFM, se utilizan para explicar teóricamente el comportamiento de las grietas a lo largo de las interfaces en los componentes estructurales. Las herramientas numéricas también demuestran cómo la física y las propiedades geométricas de las interfaces afectan la propagación de grietas y distinguen entre la penetración de grietas a través de la interfaz y la deflexión de grietas más deseada a lo largo de la interfaz, entendiendo esta última como una mejora para la vida útil de la estructura. La investigación propuesta en esta tesis conducirá al diseño y fabricación novedosos de componentes de materiales compuestos mediante técnicas de impresión 3D. Un verdadero ejemplo es el caso de interfaces onduladas que pueden retrasar sustancialmente o casi suprimir el crecimiento de los fenómenos de daño en tales interfaces dentro de un rango adecuado de cargas aplicadas en aplicaciones particulares.