Estudio numérico experimental de interfases no convencionales con patrones trapezoidales

Abstract

El presente proyecto recoge un estudio experimental en torno a la fabricación de probetas para un ensayo DCB utilizando la impresión 3D. Por otra parte, se presenta un análisis numérico de la influencia de la relación de aspecto A/λ (A = amplitud, λ= longitud de onda) en la tenacidad a fractura de interfases no convencionales, particularmente interfases trapezoidales. La configuración o geometría de dichas interfases son las que mayor relación A/λ pueden conseguirse en dicha impresión. En la parte de fabricación se describen un conjunto de pruebas usando distintos materiales con los que la impresora 3D es capaz de fabricar (nylon, fibra de vidrio). Las pruebas tienen distintos enfoques de aplicación: desde la impresión de distintas tipologías de interfases no convencionales, que servirán de soporte para determinar la resolución de la impresora, hasta la fabricación de las probetas propiamente dichas. En las simulaciones numéricas se analizan interfases trapezoidales cuya amplitud y longitud de onda son las de mayor relación de aspecto capaces de ser imprimidas. En concreto, las interfases están definidas por A = 1 mm y λ = 4, 6 y 8 mm. En las distintas simulaciones del ensayo DCB se calcula la resistencia a la propagación de la fractura y se muestra el estado tensional en la interfase. Además, se realiza una comparativa de la tenacidad a fractura de los distintos ensayos, indicando la correlación de esta variable con la relación de aspecto. También se lleva a cabo un estudio de la influencia de la inclinación de las caras laterales del trapecio, en una interfase cuya amplitud y longitud de onda están fijadas, en la energía liberada durante el ensayo. Específicamente, la geometría seleccionada ha sido la correspondiente A = 1 mm y λ= 8 mm.

In this work, a double cantilever beam (DCB) specimen manufactured using 3D printing was investigated with an experimental approach. Moreover, the influence of the aspect ratio A/λ (A = amplitude, λ= wavelength) in the fracture toughness of non-conventional interfaces is presented in a computational analysis, specifically for trapezoidal profiles. The interface geometry is the one with the greatest ratio A/λ which is able to be printed. A set of tests using different materials which are supported by the 3D printer (nylon, glassfiber) are shown in the manufacturing section. These tests study diverse perspectives: from non-conventional interfaces manufacturing of different tipologies (to determine the printer accuracy) to the actual specimen manufacturing. Trapezoidal interfaces with the greatest A/λ ratio were analyzed in numerical simulations. Specifically, the profiles are defined by A = 1 mm y λ = 4, 6 and 8 mm. The fracture thougheness and the stress field were calculated in the DCB test simulations. Moreover, a comparison of the different values for fracure toughnesses obtained on the tests is performed, thus showing the relation of this variable with the aspect ratio /. The influence of the lateral slope in the energy realeased rate during the test is also studied, in an interface whose amplitude and wavelength are fixed. In particular, a pattern with A = 1 mm y λ= 8 mm was chosen.