Optimización de los Coeficientes Efectivos Elásticos de Materiales Compuestos por Medio de un Modelo Mecánico Micromecánico
Autores: Zyganitidis, Ioannis; Arailopoulos, Alexandros; Giagopoulos, Dimitrios
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Optimización de los Coeficientes Efectivos Elásticos de Materiales Compuestos por Medio de un Modelo Mecánico Micromecánico
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Trabajo de investigación
Marco micromecánico
Propiedades elásticas efectivas
Materiales reforzados con fibras largas
Método generalizado de celdas
Estrategia de evolución por adaptación de matriz de covarianza
Licencia
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Consultas: 31
Citaciones: Sin citaciones
El trabajo de investigación presentado demuestra una metodología eficiente basada en un marco micromecánico para la predicción de las propiedades elásticas efectivas de materiales reforzados con fibras largas (CFRP) utilizados en la construcción de estructuras tubulares. Aunque se han desarrollado numerosos modelos micromecánicos analíticos y numéricos para predecir la respuesta mecánica de los CFRP, ya sea no pueden predecir con precisión respuestas mecánicas complejas debido a límites en los parámetros de entrada o son intensivos en recursos. El método generalizado de celdas (GMC) es capaz de evaluar campos de deformación más detallados en la vecindad de las interfaces fibra-matriz, ya que permite definir una plétora de parámetros materiales y estructurales mientras es computacionalmente efectivo. El enfoque de homogeneización GMC se combina con éxito con la estrategia de evolución de adaptación de matriz de covarianza (CMA-ES) para identificar el tensor de elasticidad efectiva C de los materiales CFRP. La precisión y eficiencia de la metodología propuesta se validan al comparar las propiedades efectivas predichas con datos experimentales medidos previamente en muestras cilíndricas de CFRP hechas de matriz epóxica 3501-6 reforzada con fibras de carbono AS4. El método propuesto y validado puede utilizarse sucesivamente tanto en el análisis de las respuestas mecánicas de estructuras como en el diseño de nuevos materiales compuestos optimizados.
Descripción
El trabajo de investigación presentado demuestra una metodología eficiente basada en un marco micromecánico para la predicción de las propiedades elásticas efectivas de materiales reforzados con fibras largas (CFRP) utilizados en la construcción de estructuras tubulares. Aunque se han desarrollado numerosos modelos micromecánicos analíticos y numéricos para predecir la respuesta mecánica de los CFRP, ya sea no pueden predecir con precisión respuestas mecánicas complejas debido a límites en los parámetros de entrada o son intensivos en recursos. El método generalizado de celdas (GMC) es capaz de evaluar campos de deformación más detallados en la vecindad de las interfaces fibra-matriz, ya que permite definir una plétora de parámetros materiales y estructurales mientras es computacionalmente efectivo. El enfoque de homogeneización GMC se combina con éxito con la estrategia de evolución de adaptación de matriz de covarianza (CMA-ES) para identificar el tensor de elasticidad efectiva C de los materiales CFRP. La precisión y eficiencia de la metodología propuesta se validan al comparar las propiedades efectivas predichas con datos experimentales medidos previamente en muestras cilíndricas de CFRP hechas de matriz epóxica 3501-6 reforzada con fibras de carbono AS4. El método propuesto y validado puede utilizarse sucesivamente tanto en el análisis de las respuestas mecánicas de estructuras como en el diseño de nuevos materiales compuestos optimizados.