Análisis y modelización de vigas sándwich sometidas a impactos de baja velocidad

• Autores: I. Iváñez
• Directores de la Tesis: Sonia Sánchez Sáez (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Carlos III de Madrid ( España ) en 2013
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Carlos Navarro Ugena (presid.), Luis Castejón Herrer (secret.), José María Osório de Sousa Cirné (voc.)
• Materias:
  • Ciencias tecnológicas
    • Ingeniería y tecnología aeronáuticas
      • Estructuras de aeronaves
    • Tecnología de la construcción
      • Resistencia de estructuras
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: e-Archivo
• Resumen

  • En esta Tesis Doctoral se ha estudiado el comportamiento frente a impactos de baja velocidad de vigas sándwich constituidas por pieles de material compuesto de tipo laminado y núcleo de nido de abeja de aluminio. Existen tres clases de metodologías para hacer frente a este estudio: el análisis experimental, los modelos analíticos y las simulaciones numéricas. La realización de un estudio experimental exhaustivo supone una gran inversión, tanto en términos económicos como temporales, por lo que la utilización de modelos analíticos y herramientas de simulación representa una alternativa eficiente. Los modelos analíticos permiten evaluar variables globales como la fuerza o el desplazamiento pero sin llegar a profundizar en el proceso de fallo de pieles y núcleo. Las simulaciones numéricas suelen lograr descripciones más precisas y detalladas de la respuesta a impacto y su flexibilidad en relación a las variaciones de condiciones de contorno, geometría y material, es muy apreciada en el campo de la investigación. Disponer de modelos numéricos permite profundizar en el conocimiento del comportamiento a impacto de las estructuras sándwich, proporcionando información que es difícilmente extraíble de forma experimental. No obstante, ambos tipos de modelos exigen la realización de ensayos experimentales para su validación. Con este objetivo se han llevado a cabo una serie de ensayos experimentales en torre de caída, donde se evaluaron la fuerza máxima de contacto, el tiempo de contacto del ensayo, el desplazamiento máximo de ambas pieles y la energía absorbida de las vigas sándwich. Se ha desarrollado un modelo analítico que permite estimar la fuerza de contacto que se produce en un impacto de baja velocidad sobre vigas sándwich de pieles de material compuesto. Este modelo, validado experimentalmente, se ha formulado en variables adimensionalizadas lo que ha permitido determinar los grupos adimensionales que dominan la dinámica del sistema, pudiendo realizar variaciones de los mismos para analizar su influencia sobre el fenómeno de impacto estudiado. Asimismo se ha realizado un modelo de elementos finitos para simular el impacto a baja velocidad sobre vigas sándwich, estudiando la absorción de energía en función de la energía de impacto, así como el comportamiento de las pieles de material compuesto y del núcleo de nido de abeja durante el fenómeno de impacto. El modelo constitutivo utilizado para las pieles ha sido ampliamente utilizado en trabajos previos del Departamento. El comportamiento asumido para simular el núcleo de nido de abeja se ha validado mediante la realización de ensayos experimentales de compresión. Debido a que la compresión del núcleo es un factor clave en la capacidad de absorción de energía de la viga sándwich, se ha realizado un estudio numérico de la influencia que tiene la variación de ciertos parámetros del modelo (espesor de pared de celda, el tamaño de la celda hexagonal, el valor del límite elástico del material y la altura de núcleo).