Un análisis fractal del efecto de tamaño en materiales cuasi-frágiles: pruebas experimentales y simulaciones peridinámicas
Autores: Friedrich, Leandro Ferreira; Kosteski, Luis Eduardo; Cezar, Édiblu Silva; Colpo, Angélica Bordin; Bremm, Caroline; Lacidogna, Giuseppe; Iturrioz, Ignacio
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Un análisis fractal del efecto de tamaño en materiales cuasi-frágiles: pruebas experimentales y simulaciones peridinámicas
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Concreto
Dependencia de escala
Teoría fractal
Propiedades mecánicas
Efecto de tamaño
Teoría peridinámica
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
En el diseño de estructuras que involucran materiales cuasi-frágiles como el concreto, es esencial considerar la dependencia de escala de las propiedades mecánicas del material. Entre las teorías utilizadas para describir el fenómeno del efecto de tamaño, la teoría fractal propuesta por Carpinteri y colegas ha llamado la atención por sus resultados en las últimas tres décadas de investigación. El presente estudio emplea la perspectiva fractal para examinar el efecto de escala en pruebas de flexión de tres puntos realizadas en especímenes de vigas de polietileno expandido (EPS). Se investiga la influencia del tamaño en la resistencia a la flexión, la energía de fractura y el ángulo crítico de rotación. Además, se realizan simulaciones numéricas basadas en la teoría peridinámica (PD) basadas en las pruebas experimentales. Se evalúa el comportamiento global, la fragilidad, la configuración de falla y el efecto de escala fractal obtenido numéricamente. Los resultados numéricos muestran una buena correlación con los experimentales y, además, tanto los resultados experimentales como numéricos están en acuerdo con la teoría fractal del efecto de escala. Más precisamente, el error de la suma de los exponentes fractales, calculado con respecto al teórico, es igual a -1.20% y -2.10% para los resultados experimentales y numéricos, respectivamente. Además, se ha empleado el análisis dimensional clásico para demostrar que el efecto de escala puede ser descrito naturalmente por los parámetros del modelo PD, lo que permite extender los resultados a escalas más allá de las analizadas experimentalmente.
Descripción
En el diseño de estructuras que involucran materiales cuasi-frágiles como el concreto, es esencial considerar la dependencia de escala de las propiedades mecánicas del material. Entre las teorías utilizadas para describir el fenómeno del efecto de tamaño, la teoría fractal propuesta por Carpinteri y colegas ha llamado la atención por sus resultados en las últimas tres décadas de investigación. El presente estudio emplea la perspectiva fractal para examinar el efecto de escala en pruebas de flexión de tres puntos realizadas en especímenes de vigas de polietileno expandido (EPS). Se investiga la influencia del tamaño en la resistencia a la flexión, la energía de fractura y el ángulo crítico de rotación. Además, se realizan simulaciones numéricas basadas en la teoría peridinámica (PD) basadas en las pruebas experimentales. Se evalúa el comportamiento global, la fragilidad, la configuración de falla y el efecto de escala fractal obtenido numéricamente. Los resultados numéricos muestran una buena correlación con los experimentales y, además, tanto los resultados experimentales como numéricos están en acuerdo con la teoría fractal del efecto de escala. Más precisamente, el error de la suma de los exponentes fractales, calculado con respecto al teórico, es igual a -1.20% y -2.10% para los resultados experimentales y numéricos, respectivamente. Además, se ha empleado el análisis dimensional clásico para demostrar que el efecto de escala puede ser descrito naturalmente por los parámetros del modelo PD, lo que permite extender los resultados a escalas más allá de las analizadas experimentalmente.