scieee Science in your language
[es] (orig)

Estudio micromecánico de despegues en la interfase entre fibra y matriz en materiales compuestos

Abstract

Se presenta un estudio numérico basado en el Método de los Elementos de Contorno del problema micromecánico de despegue parcial entre fibra y matriz en materiales compuestos reforzados con fibra, bajo acción de cargas transversales. El análisis contempla la posible presencia de zonas de contacto sin fricción en la porción despegada de la interfase. Se identifica carácter singular de algunas componentes de tensión en la proximidad del fin del pegado, y se calculan numéricamente parámetros asociados a la singularidad mediante un proceso de extrapolación. La comparación de los parámetros conocidos analíticamente con los valores obtenidos resulta satisfactoria. Se sugiere la utilidad potencial de este tipo de análisis para determinar propiedades físicas de la interfase con el apoyo de datos experimentales.

Read accessible full text

Estudio micromecánico de despegues en la interfase entre fibra y matriz en materiales compuestos

Author: Caño Sánchez, Juan Carlos del; Cañas Delgado, José; París Carballo, Federico; Mantic, Vladislav; Sánchez Jiménez, Francisco Javier
Publisher: Grupo Español de Fractura
Year: 1995
Source: https://idus.us.es/bitstreams/0e857d68-1d6e-4f74-b784-c2bbe3a45993/download
320 ANALES
DE
l iECANICA
DE
LA
FRACTURA
Vol. 12
ESTUDIO MICROMECANICO DE DESPEGUES EN LA INTERFASE ENTRE FIBRA Y MATRIZ
EN MATERIALES COMPUESTOS
J.C. del
Caño ,
J.
Cañas:j:, F. Pa ís:j:, V. Man ic:j:,
J.
Sánchez:j:
E.T.S.I. Indus iales; Dp o. Resis encia de Ma e iales, Pº del Cauce s/n, 47011 Valladolid
:j:
E.T.S.I. Indus iales; Dp o. Mecánica Medios Con inuos, A . Reina Me cedes s/n, 41012 Se illa
Resumen. Se p esen a un es udio numé ico basado en el Mé odo de los Elemen os de Con o no del
p oblema mic omecánico de despegue pa cial en e ib a y ma iz en ma e iales compues os e o zados
con ib a, bajo acción de ca gas ans e sales. El análisis con empla la posible p esencia de zonas de
con ac o sin icción en la po ción despegada de la in e ase. Se iden i ica ca ác e singula de algunas
componen es de ensión en la p oximidad del in del pegado, y se calculan numé icamen e pa áme os
asociados a la singula idad median e un p oceso de ex apolación. La compa ación de los pa áme os
conocidos analí icamen e con los alo es ob enidos esul a sa is ac o ia. Se sugie e la u ilidad po encial
de es e ipo de análisis pa a de e mina p opiedades ísicas de la in e ase con
el
apoyo de da os
expe imen ales.
Abs ac . A nume ical s udy on he míc omechanícal p oblem
o
pa ially debonded ibe and ma ix
in ans e sely loaded ibe - ein o ced composi es is p esen ed. The analysis accoun s o he possibili y
o
ic ionless con ac
wnes
along he debonded
wne
o
he in e ace. The Bounda y Elemen Me hod
is
used h ough. The singula na u e o so ne s ess componen s nea he end o he bonded
wne
is
íden i ied, and pa ame e s ela ed
o
he singula i y a e nume ically calcula ed
by
using an ex apola ion
p ocedu e. Compa ison
o
heo e ically known pa ame e s agains i s calcula ed alues
is
sa is ac o y.
The po en ial use ulness o his kind o nume ical analysis oge he wi h expe imen al da a in o de
o
de e mine physícal p ope ies
o
he in e ace is sugges ed.
l.
INTRODUCCION
La obse ación median e mic oscopio de g ie as
ans e sales en ma e iales e o zados con ib a, e ela
que el p oceso de ag ie amien o comienza po
despegues en la in e ase ib a-ma iz, pa a ni eles
ela i amen e bajos de la ca ga ans e sal. Pa a ni eles
supe io es de ca ga, es os despegues se conec an a
a és de la ma iz o mando una mac og ie a. Po
an o, las p opiedades y mecanismos de allo de la
in e ase juegan un papel dominan e en el
compo amien o· del ma e ial bajo ca ga ans e sal. El
obje i o úl imo que anima la ealización del p esen e
abajo
es
el es ablecimien o de un p ocedimien o pa a
la cuan i icación de las p opiedades esis en es a
ac u a de la in e ase. Ello pod ía se lle ado a cabo
ealizando el mejo ajus e posible de los pa áme os
de
un c i e io de esis encia dado, al compo amien o
obse ado en la expe imen ación. La dis ibución
de
ensiones
y/o
desplazamien os, que in e end á de una
u o a mane a en el c i e io de esis encia, debe se pues
conocida.
En esumen, se ía necesa io con a con:
-in o mación p ecisa ace ca del es ado ensional en
condiciones de despegue de la in e ase.
-da os expe imen ales ace ca de las condiciones en
que se inicia y p opaga dicho despegue.
El p esen e abajo se dedica al p ime o
de
los pun os
an e io es, es udiándose la iabilidad de ob ene
numé icamen e de modo su icien emen e p eciso
el
es ado ensional en el ipo de p oblemas conside ado,
u ilizando disc e izaciones basadas en écnicas de
con o no, más en ajosas que las écnicas de dominio
en el ipo de p oblemas en elas icidad lineal que
se
es udian. En la sección 2 se expone el p oblema a
analiza . Su elección esponde al c i e io de acilidad
de ma e ialización y obse ación en labo a o io, si
bien es os aspec os no son abo dados en es e a ículo.
Las secciones 3 y 4 desc iben b e emen e las
p incipales ca ac e ís icas de la écnica numé ica
que
se ha implemen ado pa a ob ene los esul ados que
se
p esen an en la sección 5. En la sección 6 se esumen
las
conclusiones del es udio. ealizado.
ANALES
DE
MECANICA
DE
LA
FRACTURA
Vol.
12
(1995)
321
2.
DESCRIPCION
DEL
PROBLEMA
El p esen e análisis se ealiza bajo hipó esis de
de o mación plana en elas icidad lineal. El p oblema
p opues o· es mos ado en
la
Fig.
l.
Consis e en una
ib a única; cuyas p opiedades co esponden a una
ib a de id io, odeada
po
una ma iz de dimensiones
su icien emen e g andes como pa a pode se
conside ada in ini a. Las p opiedades de
la
ma iz
co esponden a una esina epoxy. Se asumi á un
ángulo de despegue
2a
o ien ado simé icamen e
espec o a
la
di ección de
la
ca ga, y sepa ación nula
en
la
zona despegada cuando no ac úan ca gas
ex e io es. Es conocido, e po ejemplo [1], que es e
ipo de p oblemas es independien e de la ca ga, en el
sen ido de que las zonas de sepa ación y con ac o (y la
posible pa ición de es a úl ima
en
zonas de adhesión y
deslizamien o, en el caso de que exis a icción), no
dependen del ni el de ca ga, suponiendo que
e ec i amen e se aplique alguna acción no nula de
la
ca ga.
El
alo de
la
acción ex e io no iene po
an o una signi icación ele an e
en
es e es udio,
pues o que
odas
las ensiones se án p opo cionales al
ni el de ca ga; no obs an e, en
la
igu a 1 se indica un
alo ipo cómodo
pa a
la
obse ación du an e la
expe imen ación. Solamen e se analiza á
la
mi ad
supe io del p oblema, ap o echando la sime ía del
mismo.
3.
EL
METODO
DE
LOS
ELEMENTOS
DE
CONTORNO
EN
PROBLEMAS
DE
CONTACTO
Los undamen os del Mé odo de los Elemen os de
Con o no en elas icidad lineal es án bien desc i os en
la
li e a u a [3,4], y no se án comple amen e
desa ollados aquí. Pa a el p opósi o de es a
exposición considé ese un . sólido bidimensional
elás ico sin ca gas de olumen. Pode nos usa el
segundo eo ema de Be i pa a gene a an as
ecuaciones co no necesi emos pa a calcula los
pa áme os inde e minados de la solución ap oximada
que hayamos plan eado p e iamen e. To na emos
siemp e la solución undamen al de Kel in pa a un
medio in ini o co no solución auxilia , aunque son
posibles o as elecciones. Las ecuaciones que se
ob ienen son de la o ma :
ciJ
(x)u/x)+
JaDT¡)l'
(x,y)uj(y)d5(y)
=
=
lw
'Jiij(x,y)TJ(y)d5(y)
(1)
dónde
an
es el con o no del dominio D que ocupa el
sólido, "y" simboliza gené icamen e un pun o del
sólido (siemp e en su con o no en es a ecuación),
"x"
es
la
posición de la ca ga unidad de la solución
auxilia , "i","j" son índices que a ían de 1 a 2 en
p oblemas bidimensionales, uj(y), Tj(y) son los
35x10"6
Pa
zona
pegada
=
2n:
-
2a
ma iz
J
E=2.8
x1
0"9
Pa
l Poiss=0.33
zona
no
pegada
=
2a
línea
de
sime ía
Fig.
l.
P oblema a analiza y di ecciones locales de las componen es de ensión y desplazamien o.
A p ime a is a pod ía pensa se que si a es pequeño
no hab ía zona de con ac o, pe o en odo caso pa ece
cla o que
pa a
a g ande, digamos 90º, exis i á una
zona de con ac o en e
las
supe icies despegadas de la
ib a y la ma iz en las ce canías de a. El es udio
numé ico debe, po an o, se capaz de modela es as
zonas
de con ac o, lo que po o a
pa e
cons i ui á la
apo ación más impo an e espec o a las soluciones
analí ic¡iS disponibles [2], al como
se
comen a en la
sección4.
ec o es de desplazamien o y ensión en , y
'! ¡j(x.y),
T¡jW(x,y)
son los ec o es desplazamien o y
ensión de
la
solución auxilia , ac uando su ca ga
unidad en di ección "i". Se en iende suma o io de 1 a
2 en índices que, co no "j", se epi en en el mismo
é mino. Si "x" se si úa en el con o no del sólido los
dos ín eg andos de (1) son singula es: la in eg al
izquie da
exi_s e
en el sen ido del alo p incipal de
Cauchy, mien as
la
de echa con iene sólo una
singula idad débil, in eg able ·en el sen ido
con encional. Adicionalmen e, si "x" es á en el
con o no, depende de la geome ía local del
con o no en pun o. Si "x" es á ue a o den o del
322 ANALES
DE
MECANICA
DE
LA FRACTURA Vol. 12
sólido, los dos in eg andos son egula es. Si "x" es á
ue a es cij=O, y
si
es á den o, es c¡j=Oij·
La
écnica de
con o no más popula consis e
en
esc ibi la ecuación
(1) con el pun o uen e "x" si uado
en
cada
una
de las
posiciones nodales
yP
(p=
l...n)
de una disc e ización
habi ual en elemen os de con o no. Es a es la écnica
empleada p incipalmen e
en
es e abajo, aunque
ambién se usan ecuaciones ob enidas con "x" ue a del
sólido
pa a
p opósi os pa icula es que se indica án
más adelan e.
La
solución ap oximada, cuyos pa áme os se p e ende
de e mina , se plan ea del modo habi ual, exp esando
las ensiones y los desplazamien os como combinación
lineal
de
p- unciones NP(y), no nulas
en
pequeñas
po ciones del con o no (elemen os). Cada
una
de es as
unciones ale 1
en
un
pun o pa icula del con o no
(el nodo p, que se
aSQGia
a esa unción), y ce o
en
las
demás posiciones nodales.
Con
es a elección, los
pa áme os a de e mina son p ecisamen e las·
componen es del desplazamien o y ensión
en
los
nodos.
La
ap oximación esul a:
uj(y)
=
í:NP(y)uj(yP)
p
(2)
p
La
sus i ución
de
(2)
en
(l)
pa a
el pun o uen e en
xq
conduce
a:
"H'l:Pu.(yP)="G'l:P .(yP)
(3)
.1:,.,¡
IJ
J
.1:,.,¡
IJ
j
p p
donde:
si p
= :.
q
(4)
Se
ha
elegido ap oxima ensiones y desplazamien os
en base a es posiciones nodales
yP
en cada elemen o:
un
nodo (compa ido
po
dos elemen os)
en
cada
ex emo del elemen o y o o en algún pun o
in e medio. Habi ualmen e se denominan elemen os
pa abólicos con inuos
en
la
li e a u a.
En
cuan o a la
geome ía, el p oblema con iene sólo con o nos
ci cula es y ec os, que pueden se desc i os
exac amen e, no siendo necesa io ecu i a
in e polación.
Po
ello se
ha
implemen ado geome ía
exac amen e ci cula
pa a
los elemen os
de
la
in e ase.
La
ecuación (3) plan eada pa a an os pun os
xq
como
nodos
yP
engamos cons i uye un sis ema de
ecuaciones algeb aicas que pe mi i ía calcula las
ensiones y desplazamien os desconocidos
en
p oblemas de un solo cue po con condiciones de
con o no co ec amen e de midas.
En
un p oblema de
con ac o en e dos sólidos A y B (Figu a 2), las
condiciones de con o no en la zona de con ac o
in oluc an a iables de ambos sólidos, po lo que las
ecuaciones (3) plan eadas pa a los sólidos A y B, y las
ecuaciones de con ac o deben esol e se
conjun amen e.
Sólido A
Fig.
2.
Zona
de con ac o y de mición de ejes locales.
Las mencionadas condiciones de con ac o,
pa a
el caso
sin icción que nos ocupa, deben ga an iza el
equilib io,
la
ausencia de in e pene aciones, y que no
haya acciones en
la
zona despegada (aunque puede
habe las
en
lazona
pegada). Así, pa a un pun o M en
la zona pegada end emos:
u
(M)+
u~
CM:)=
O,
i=l,2
T¡A(M)=T¡B(M),
i=l,2
(5)
y pa a M en
la
zona despegada, pe o en con ac o:
u~(M)+u~(M)=O
T1
A
(M)=
T1
B
(M)~
0
Ti'
(M)=
T:(M)
=O
(6)
Finalmen e,
en
la zona de sepa ación de la zona
despegada se iene
u~
(M)+
u~
(M)
~O
T¡A
(M)=
T¡B
(M)=
0,
i=
1,2
(7)
En
los p oblemas sin icción, la solución no depende
de
la his o ia de ca ga, no siendo po an o necesa io
plan ea
la
aplicación inc emen al de la misma. Po
an o, la es a egia de solución se
ha
basado
en
la
de e minación i e a i a de las zonas de con ac o y
sepa ación.
Pa a
ello se pa e de una es imación de la
zona de con ac o, se esuel e el conjun o de ecuaciones
o mado
po
(3), plan eado pa a A y B, jun o a las
ecuaciones de con ac o, y se comp ueba si
hay
iolaciones de la
2ª
de
las ecs. (6) o de la 1 ª de las (7).
Si es así, se modi ican algunas de las condiciones de
ANALES DE MECANICA DE LA FRACTURA Vol. 12 (1995) 323
con ac o supues as y se einicia
el
p oceso. La solución
se alcanza cuando
no
se iolan las ecuaciones
mencionadas. Es e p ocedimien o
es
una
pa icula ización del algo i mo más gene al que
se
desc ibe en [5].
En cuan o a la esolución conjun a de las ecuaciones
(3) pa a los sólidos A y B y las
de
con ac o, que debe
ealiza se en cada i e ación del p oceso an e io , se ha
implemen ado una esolución a su ez i e a i a.
Se
comienza esol iendo las ecuaciones (3) del sólido
ma iz suponiendo desplazamien os nulos en las zonas
pégadas y de con ac o. Las ensiones ob enidas son
aplicadas a la ib a median e las condiciones de
con ac o. Se ob iene la solución pa a la ib a bajo es as
condiciones, y los desplazamien os ob enidos
se
aplican, nue amen e a a és de las condiciones de
con ac o, al sólido ma iz. El p oceso con inúa has a
que los desplazamien os de la in e ase
se
es abilizan
con un ni el de ole ancia ela i a global
p ede e minado (0.0002 en los casos p esen ados).
Pa a es e ipo
de
p oblemas de con ac o, en los que uno
de los sólidos es mucho más ígido que el o o, el
p ocedimien o desc i o suele esul a en ajoso en e a
la esolución conjun a de odas las ecuaciones del
p oblema, po que los eque imien os de memo ia y el
núme o de ope aciones suele se meno (el p oceso
con e ge en dos o es i e aciones en los casos
es Udiados). Adicionalmen e, es e p ocedimien o no
impide ealiza una condensación p e ia ( écnica
desc i a en [6]) de los g ados de libe ad que
pe manecen pasi os.
Ha.y
que no a , sin emba go que
pa a p oblemas con ma e iales de igidez simila ,
el
p oceso con e ge más len amen e, pe diendo así
su
a ac i o.
4. CONSIDERACIONES ACERCA DEL ESTADO
TENSIONAL
EN
EL
BORDE
DE
GRIETA
Si los sólidos uesen del mismo ma e ial, y el ángulo a
de despegue uese muy pequeño,
el
p oblema
p esen a ía la ípica singula idad de ensión (asociada
al modo
I)
en el lado pegado. Sin emba go, los
ma e iales son dis in os y a puede ene cualquie
alo , lo que hace di ícil an icipa
el
ca ác e de la
solución de ensiones pa a la con igu ación gene al.
En e o os au o es, England
[7]
obse ó que la
aplicación de la eo ía lineal de la elas icidad a un
p oblema análogo al de la
Fig.l,
conside ando bo des
de g ie a lib es, conduce a soluciones oscilan es ce ca
del in del pegado, mani es ando es e au o que dichas
soluciones son ísicamen e inco ec as, pues o que
implican in e pene aciones en e los sólidos.
Comninou [8-10] ha plan eado la esolución
de
p oblemas de g ie as ec as admi iendo zonas
de
con ac o,
no
p esen ando sus soluciones el inacep able
ca ác e oscilan e an es desc i o. En [8] se mues a
que
con acción ans e sal a la g ie a, si uación
asimilable a nues o p oblema
si
a
es
pequeño, la zona
de con ac o
es
pequeñísima. Sin emba go, bajo ca ga
combinada [9], si uación más pa ecida a la que
se
da
en nues o p oblema en la ecindad del
in
del pegado
si a
no
es
pequeño, la zona de con ac o cub e buena
pa e de la longi ud de la g ie a.
Lo
an e io sugie e
que eó icamen e end emos siemp e zona de con ac o,
lo
que hace espe a un papel impo an e del allo po
co an e en la p opagación de la g ie a
[8,
10],
con
independencia de la o ien ación de la misma espec o
de las ca gas ex e io es.
En o o o den de cosas, la modelización numé ica
de
la discon inuidad de
¡
en el
in
del pegado usando
el
ipo de elemen o e e ido en la sección 3, equie e
alguna ac uación especial. Se ha implemen ado una
écnica de nodo doble, que pa a un sólido A consis e
en
coloca dos nodos en la misma posición geomé ica,
jus o en
el
pun o de discon inuidad, eniendo cada
nodo
(lA,
2A en la ig.3) de mida
su
unción
de
ap oximación N1A(y), N2A(y), sob e
un
elemen o
dis in o. La Fig.3. mues a la disposición de
nodos
dobles,
lA,
2A,
lB,
2B, en un p oblema de con ac o,
asi como los elemen os adyacen es.
sólido A
lA
2A
~$~
_y~
sólido B
lB
2B
Fig. 3. Nodos dobles en el
in
del pegado.
En nues o caso,
lA
y lB es a án siemp e pegados,
siéndoles de aplicación las ecuaciones (5). Los
nüQos
2A y
2B
pueden es a , en la solución numé ica,
en
con ac o o bien en sepa ación, aplicándose las
ecuaciones (6) o (7). En odo caso, enemos
16
incógni as en la discon inuidad (cua o po nodo), y
ocho ecuaciones de con ac o. Las o as
ocho
ecuaciones que p ecisamos se han ob enido median e
una de las dos opciones siguien es: 1
ª,
plan eando la
ecuación (3) pa a cada sólido. con
xP
en lá
discon inuidad
(4
ecuaciones), y u¡(IA)=u¡(2A),
u¡(1B)=ui(2B) (o as 4 ecuaciones), o bien
2ª,
plan eando dos ecuaciones del ipo (3) en cada sólido,
con
xP
en el ex e io de los mismos
(8
ecuaciones).
En
la Fig.3. se indican con aspas, a escala o ien a i a,
las
posiciones que se han usado en es e abajo. La opción
1
ª,
más simple,
es
ap opiada sólo si 2A y
2B
es án
en
324 ANALES DE MECANICA DE LA FRACTURA Vol. 12 (1995)
sepa ación, ya que
en
o o caso, la p ime a de las
ecuaciones (6) esul a edundan e.
En
odo caso, se
ob iene, como debe ocu i , el mismo desplazamien o
en
los cua o nodos, sal o e o es numé icos
inhe en es a la e aluación de las in eg ales
en
(4), y de
la esolucióñ del sis ema lineal de ecuaciones.
S.
RESULTADOS
Las disc e izaciones se ealizan de modo que la
p ime a dis ancia en e nodos desde el in del pegado
sea pequeña ( ípicamen e 0.001 º), siendo cada
in e alo nodal sucesi o el doble que el an e io .
En
odos los casos analizados se encuen an oscilaciones
de la solución numé ica, que a ec an únicamen e a los
es o cua o nodos más p óximos a
a,
con
independencia de ló ce cano que se si úe el nodo más
p óximo. Es as oscilaciones se a ibuyen al hecho de
que
en
los nodos
en
e=a.
la ensión es eó icamen e
in ini a, y
no
puede ep esen a se numé icamen e. Los
esul ados en los nodos a ec ados
po
es a ines abilidad
simplemen e se han desca ado.
72
o
~
M
~
00
~
M M M
Wº
~~~~~~~=n==~e
-5
-10
-15
-20
-25
-30
-35
-40
-45
Fig.
4. Tensiones calculadas pa a el caso a =
80º
El
ca ác e singula
de
cada componen e de ensión se
ha
iden i icado, además de
po
simple inspección,
median e dos p ocedimien os: a) compa ando
la
e olución al a ina
la
disc e ización, usando
disc e izacíones con su nodo más p óximo á a a 0.01º,
0.001º, y 0.0001º y, b) comp obando la apa ición
de
un
segmen o casi ec o en g á icos análogos a la Fig.6,
que ep esen an log(T¡) en e a -log 1
a-e
l.
La
Fig. 4. mues a la dis ibución de ensiones
no males y angenciales
pa a
despegue a = 80º, como
ejemplo.
Se
ap ecia e olución singula de
la
ensión
angencial
T2
en
la
zona pegada (9>a), y de la ensión
no mal T 1
en
la
zona
de
con ac o (Eka).
La
ensión
no mal T 1
en
la
zona pegada no p esen a ca ác e
singula .
Pa a
a = 60º (Fig.5) se ap ecia el mismo
ca ác e de cada componen e
de
ensión.
59.5
10
60.5
61
61.5
o~~~~~~==~~
-10 e
-20
-30
-40
-50
-60
-70
-80
T(xlOA-7)
Pa
Fig. 5. Tensiones calculadas pa a el caso
a=
60º
Pa a
a mayo que unos 40º, las disc e izaciones
empleadas de ec an alguna zona de con ac o, y las
soluciones p esen an el aspec o de las Figs.4 y 5. Es
no o io que pa a a meno que unos 75º coexis an una
acción (no singula )
en
la zona pegada con una
inmedia a zona de con ac o
en
la zona despegada.
Si
a es meno de ap oximadamen e 40º, la zona de
con ac o no es cap ada
po
las disc e izaciones
empleadas, aba cando po an o menos de 0.0001
º·
Pa ece cla o que la solución pa a bo des lib es
(numé ica o analí ica) pod ía aplica se pa a p opósi os
p ác icos
en
es os casos sin e o ap eciable.
2.5
Log( T2 x 10"-7
Pa)
2
-·-
a=60º
---{j;--
a=80 º
1.5
/ -Log (
(9-a)
ad )
o 2 3
Fig. 6. T 2 en e a (9--a.), a escala loga í mica.
La
apa ición de una zona ec a en las p oximidades de
9=a en g á icas loga í micas de ensión en e a
dis ancia al in del pegado, es mos ada
en
la Fig.5
pa a
dos casos ep esen a i os.
La
pendien e de es os
segmen os ec os es el o den de la singula idad,
mien as que su o denada en el o igen es ácilmen e
elacionable .con el ac o de in ensi icación.
El
o den
de
la singula idad así calculado se mues a
en
la Tabla
1, jun o con el coe icien e de co elación
2
ob enido
en
el ajus e
po
mínimos cuad ados de los segmen os
"casi ec os" iden i icados. Se han usado seis pun os
pa a cada ajus e.

ANALES
DE
MECANICA
DE
LA FRACTURA Vol. 12 (1995) 325
Pa a juzga
la
p ec1s1on de los esul ados, cabe
compa a el o den calculado
de
las singula idades con
el del p oblema, localmen e simila ,
de
in e ase ec a,
con zona pegada y subsecuen e zona
de
con ac o. Es e
o den se calcula exac amen e a pa i de las
exp esiones dadas en [11], demos ándose que pa a el
caso sin icción, ale 0.5, y que no depende de las
cons an es elás icas.
La
compa ación con los ó denes
de singula idad ob enidos e ela una di e encia meno
del 1%. Adicionalmen e, exis e una conco dancia
excelen e en e los esul ados ob enidos cuando no se
cap a zona de con ac o
(a<40º;
no se mues an es os.
esul ados po que su in e és es anecdó ico
disponiéndose de solución analí ica) y la
co espondien e solución analí ica [2].
Tabla
1.
O denes de singula idades calculados
numé icamen e, y con ac o de ec ado.
Zona pegada Con ac o
a
¡
2
o den
60º
,
0.9998 0.505 0.1º
80º
,
0.9996 0.504 7º
6. CONCLUSIONES
Se
ha
econocido, en base a los esul ados numé icos y
a soluciones analí icas ya disponibles, que la p esencia
de ma e iales di e en es en el p oblema de despegue
pa cial en e ib a y ma iz implica la p esencia de
zonas de con ac o en
la
zona despegada. Se
ha
mos ado que la ensión no mal en la zona pegada no
es singula , dándose la so p enden e posibilidad de
que sea de acción, a pesa de
la
p esencia inmedia a
de lá zona de con ac o.
La
comp esión en la zona de
con ac o y la ensión angencial en
la
zona pegada se
han iden i icado como singula es. Es e ca ác e de las
soluciones es aco de con el p esen ado en [8,9] pa a
g ie as ec as.
Cuando
la
zona de con ac o es muy pequeña, la
disc e ización puede no cap a la. En es os casos pa ece
cla o que
la
solución analí ica disponible se pod ía
aplica sin e o ap eciable, al como
se
hace en [2].
De
la
p ecisión ob enida en el es udio numé ico
ealizado, cabe conclui la alidez del mé odo seguido
pa a ob ene el es ado de ensión
de
modo
su icien emen e p eciso, jus amen e en los casos en
que
la
aplicación de
la
solución analí ica mencionada
p oduci ía e o es impo an es. Desde un pun o de
is a p ác ico, el pa áme o de in e és se á el ac o de
in ensi icación, o el p opio es ado de . ensiones y
desplazamien os ce ca del bo de de g ie a. La
p ecisión ob enida pa a el o den de la singula idad,
pe mi e es ima la p ecisión ob enida en o as
a iables del p oblema.
Ag adecimien o. El apoyo económico apo ado po
la
Caja
de Aho os de Salamanca bajo su P oyec o pa a Jó enes
In es igado es es co dialmen e ag adecido.
REFERENCIAS
[1]
Gladwell G.M.L., "Con ac p oblems in he
classical heo y
o
elas ici y", Sij hoo &
Noo dho In . Publ., Ge man own, Ma yland,
USA (1980).
[2] Toya M. "A c ack along he in e ace
o
a
ci cula inclusion embedded in an in ini e so
lid",
J.
Mech. Phys. Solids, VoL 22,325-348 (1973).
[3] B ebbia C.A., Telles J.C.F. and B owen L.C.,
"Bounda y Elemen Techniques", Sp inge -
Ve lag, Be lin,(l984).
[4] Hall W.S. "The bounda y Elemen Me hod",
Kluwe Academic Publishe s, Do d e ch,
(Holanda) (1994)
[5] Pa ís F. & Ga ido J.A., "An inc emen al
p ocedu e o ic ion con ac con ac p oblems
wi h he B.E.M.", In .
J.
o Enginee ing
Analysis wi h Bounda y Elemen s, Vol
6,
nº 4,
202-213 (1989).
[6] Pa ís F. & Ga ido J.A., "Aspec os numé icos de
la aplicación del M:E:C: al p oblema de
con ac o", Re . In . de Mé odos Numé icos pa a
el Cálculo y Diseño en Ingenie ía, Vol 2, nº
1,
43-62 (1986).
[7] England A.H. "An a e c ack a ound a ci cula
elas ic inclusion", Jou nal
o
Applied Mechanics,
p.637, sep iemb e (1966).
[8] Comninou M., "The in e ace c ack", Jou nal
o
Applíed Mechanics, p.631, diciemb e (1977).
[9] Comninou
M.
& Schmuese D.,"The in e ace
c ack in a conbined ension-comp ession and
shea ield", Jou nal
o
Applied Mechanics,
p.345, junio (1979)
[10] Comninou M."An o e iew on in e ace c acs",
Enginee ing F ac u e Mechanics, Vol. 37, nº
1,
197-208 (1990)
[11] Dempsey J.P. & Sinclai G.B., 'On he singula
beha iou
a
he e ex
o
a bi-ma e ial wedge',
Jou nal
o
Elas ici y,
Vol.ll
no. 3, 317 -327
(1981).