Análisis y modelización de vigas de tipo laminado sometidas a cargas impulsivas

Resumen

En esta tesis se ha estudiado el comportamiento dinámico a flexión de vigas constituidas por materiales compuestos de tipo laminado. Estos materiales son cada vez más utilizados en todo tipo de industrias, destacando en las industrias aeronáutica y aeroespacial por sus excelentes propiedades mecánicas específicas. Se ha desarrollado un modelo analítico simplificado que considera tensiones de cortadura interlaminar y la existencia de acoplamiento entre esfuerzos de flexión y torsión, empleando el método de las funciones de influencia para su resolución que tiene la ventaja de ser un método independiente de las condiciones de contorno. El modelo ha sido validado mediante la comparación con un modelo numérico implementado en un código de elementos finitos y con ensayos experimentales. Se ha implementado un modelo de comportamiento mecánico para laminados que considera diferentes mecanismos de fallo en un código de elementos finitos mediante una subrutina de usuario, que ha sido validado para la simulación de estructuras tipo viga sometidas a cargas impulsivas. Así mismo, este modelo ha sido empleado para analizar la influencia de la energía de impacto y de la geometría de la probeta en los resultados del ensayo de flexión dinámica. Se ha realizado un estudio de tolerancia al daño a flexión sobre vigas de tipo laminado generando el daño mediante dos tipos de impacto que generan esfuerzos de flexión. Se ha estimado el daño producido mediante inspección por ultrasonidos y se han evaluado las propiedades residuales a flexión por ser el estado de carga más común en este tipo de estructuras. Se ha analizado la influencia del tipo de impacto y de la energía de impacto en las propiedades residuales a flexión. ____________________________________________ In this PhD thesis the behaviour of laminate beams has been studied under dynamics bending loads. Composite materials are frequently used in aeronautic and aerospace industries because of their excellent specific mechanical properties. A simplified analytical model was developed considering interlaminar shear stresses and bending-torsion coupled effect. To solve model equations the influence functions method was applied because this method is independent of the boundary conditions. The influence functions method was validated comparing the results with those obtained by finite element method and experimental tests. A mechanical behaviour model for laminates considering multiple failure models and erosion criterion was implemented in a commercial finite element code. This model was validated for simulating composite failure under impulsive bending loads by comparing with experimental results. The model was applied to study the influence of impact energy in the dynamic bending test results. A study of bending damage tolerance of composite beams after two kinds of low velocity impact was carried out. The damage was evaluated by ultrasonic inspection and the residual mechanical properties were estimated by three points bending test because beams usually work under bending loads. The kind of impact and the impact energy were analyzed as the most important factors in the bending residual properties.