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Análisis de la falla progresiva en materiales compuestos de manufactura aditiva reforzados con fibras continuas

Resumen

La presente tesis doctoral describe el análisis de la falla progresiva en materiales compuestos de manufactura aditiva. Se propone como objetivo implementar y validar un modelo de daño progresivo para piezas de materiales compuestos de fabricación aditiva a la vista de los parámetros de proceso, mecanismos de falla, y microestructura generada. Inicialmente parte de un estudio a las propiedades mecánicas más relevantes para el diseño como son la rigidez y la resistencia usando para ello una formulación del método de promediado volumétrico de rigideces junto con expresiones micromecánicas que considera la topología de la parte. En seguida, la tesis aborda el estudio de diferentes parámetros de proceso que afectan las propiedades mecánicas, se hace énfasis en la dirección de impresión, la fracción volumétrica de fibras y en el ángulo que estas forman con la carga, basado en un enfoque con diseño de experimentos. Estos resultados son comparados con modelos basados en datos evaluando su desempeño. En un tercer tiempo la tesis analiza la falla de estos materiales al considerar laminados de varias capas en diferentes ángulos para ello propone el uso de la mecánica de daño continuo explorando su aplicabilidad a estos materiales con niveles altos de porosidades y defectos iniciales. La validación del modelo es realizada mediante la técnica de correlación digital de imágenes en un ensayo tipo open hole. Los resultados muestran que: considerar las propiedades de las estructuras celulares mejoran la exactitud de los modelos, los modelos micromecánicos predicen de mejor manera que los modelos basados en datos las propiedades mecánicas, es posible aplicar un modelo basado en la mecánica del daño continuo a piezas de fabricación aditiva, se establecen los mecanismos de daño en materiales compuestos de manufactura aditiva, y finalmente se ahonda en los factores que pueden contribuir al error en la validación.