Estados singulares de tensión en esquinas multimateriales

Abstract

La unión entre materiales de distinta naturaleza genera puntos críticos en la estructura donde aparecen cambios bruscos en la geometría y propiedades de los materiales (esquinas multimateriales). La teoría de la Elasticidad Lineal predice tensiones no acotadas en estas esquinas, siendo por tanto zonas potencialmente críticas para la iniciación de un daño o grieta cuya progresión puede arruinar la estructura. La caracterización del campo de tensiones en el entorno de estas esquinas es por tanto fundamental para una mejor comprensión de los mecanismos de fallo que pueden activarse. Aproximando mediante un desarrollo en serie de términos singulares y no singulares el estado tensional en el entorno de la esquina, en el presente trabajo se ha desarrollado una herramienta de álgebra computacional que en un primer bloque semianalítico obtiene los exponentes y funciones características de cada término del desarrollo y en un segundo bloque el peso relativo de cada término del desarrollo a partir de resultados numéricos obtenidos mediante el Método de los Elementos de Contorno, no existiendo limitaciones para analizar simultáneamente múltiples materiales de distinta naturaleza (isótropo, transversalmente isótropo, ortótropo, anisótropo).

Joining dissimilar materials leads some critical points in the structure to appear, where geometry and material properties change abruptly (multimaterial corners). Lineal Theory of Elasticity predicts unbounded stresses at these multimaterial corners, then being critical points where failure can initiate and then propagate up to the final failure of the structure. The mechanical characterization of the neighbourhood of these multimaterial corners is then important for a better understanding of the failure mechanisms which can be activated. Representing the asymptotic stress field by means of a series expansion, with singularity and regular terms, in the present work a tool has been developed which, in a first part obtains the characteristic exponents and functions, and in a second part evaluates the relative weight of each one of these terms. The algebraic tool developed allows the analysis of multimaterial corners with dissimilar materials and dissimilar behaviour laws (isotropic, transversely isotropic, orthotropic, etc).