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

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dc.contributor.advisorGonzález Estrada, Octavio Andrés
dc.contributor.advisorPinto Hernandez, William
dc.contributor.advisorPertuz Comás, Alberto
dc.contributor.authorLeón Becerra, Juan Sebastián
dc.contributor.evaluatorMartínez Díaz, Elkin
dc.contributor.evaluatorValbuena Niño, Ely Dannier
dc.contributor.evaluatorDíaz Rodríguez, Jorge Guillermo
dc.contributor.evaluatorVillegas Bermúdez, Diego Fernando
dc.contributor.evaluatorSánchez Acevedo, Heller Guillermo
dc.date.accessioned2022-11-17T22:01:06Z
dc.date.available2022-11-17T22:01:06Z
dc.date.created2022-11-14
dc.date.issued2022-11-14
dc.description.abstractLa 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.
dc.description.abstractenglishThis doctoral thesis describes the progressive failure analysis in additive manufacturing composite materials. The objective is to implement and validate a progressive damage model for additive manufacturing composite parts given the process parameters, failure mechanisms, and generated microstructure. Initially, it starts by studying the most relevant mechanical properties for the design, such as stiffness and strength, using a formulation of the volumetric averaging stiffness method and micromechanical expressions that consider the topology of the part. Next, the thesis addresses the study of different process parameters that affect the response to mechanical properties. Emphasis is placed on the printing direction, the volumetric fraction of fibers, and the angle they form with the load, being carried out based on an approach using the design of experiments. The results were compared with data-driven models and evaluated their performance. In a third phase, the thesis analyzes the failure of these materials when considering laminates of several layers at different angles. For this, it proposes using continuous damage mechanics, exploring its applicability to these materials with high levels of porosities and initial defects. The model validation is performed by digital image correlation in an open hole test. The results show that: considering the properties of cellular structures improves the accuracy of the models, micromechanical models predict mechanical properties better than models based on data, it is possible to apply a model based on the continuum damage mechanics to parts of additive manufacturing, the mechanisms of damage in composite materials of additive manufacturing are established, and finally, the thesis delves into the factors that can contribute to the error in the validation.
dc.description.cvlachttps://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0001641238
dc.description.degreelevelDoctorado
dc.description.degreenameDoctor en Ingeniería Mecánica
dc.description.googlescholarhttps://scholar.google.com/citations?user=_I5WOm4AAAAJ&hl=es
dc.description.orcidhttps://orcid.org/0000-0002-1740-3127
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.identifier.instnameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.reponameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.repourlhttps://noesis.uis.edu.co
dc.identifier.urihttps://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/12180
dc.language.isoeng
dc.publisherUniversidad Industrial de Santander
dc.publisher.facultyFacultad de Ingenierías Fisicomecánicas
dc.publisher.programDoctorado en Ingeniería Mecánica
dc.publisher.schoolEscuela de Ingeniería Mecánica
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coarhttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.creativecommonsAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.licenseAttribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0)
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectFabricación por filamento fundido
dc.subjectCompuestos termoplásticos
dc.subjectMecánica del daño continuo
dc.subjectCaracterización mecánica
dc.subject.keywordFused filament fabrication
dc.subject.keywordThermoplastic composites
dc.subject.keywordContinuum damage mechanics
dc.subject.keywordMechanical characterization
dc.titleAnálisis de la falla progresiva en materiales compuestos de manufactura aditiva reforzados con fibras continuas
dc.title.englishProgressive failure analysis of continuous fiber additive manufacturing composites
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/resource_type/c_db07
dc.type.hasversionhttp://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
dc.type.localTesis/Trabajo de grado - Monografía - Doctorado
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