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FP7

ToughBridge Resultado resumido

Referencia del proyecto: 294025
Financiado con arreglo a: FP7-PEOPLE
País: Francia

Una comprensión más profunda del comportamiento de fallo de los materiales heterogéneos

Si bien los nuevos materiales han permitido crear dispositivos capaces de realizar tareas cada vez más complejas, garantizar su durabilidad sigue suponiendo un desafío. Los conceptos teóricos desarrollados en el ámbito de este proyecto con el propósito de describir los fallos de los sólidos heterogéneos auguran un diseño más racional de los materiales, con mejores propiedades mecánicas.
Una comprensión más profunda del comportamiento de fallo de los materiales heterogéneos
Los conceptos de la mecánica de los medios continuos que subyacen en la actual teoría de la fractura no tienen en cuenta el papel primordial que las heterogeneidades desempeñan en los materiales. No obstante, el fallo de un material es resultado de una interacción compleja entre las cargas mecánicas aplicadas a gran escala y el daño progresivo en la microestructura del material a pequeña escala.

En el ámbito del proyecto TOUGHBRIDGE (Bridging microstructural to macroscopic properties in failure of heterogeneous materials), financiado por la UE, un equipo de científicos ha enriquecido la teoría clásica de la mecánica de la fractura con conceptos provenientes de la física estadística. Dentro de este enfoque, el fallo macroscópico surge de la respuesta colectiva de un campo de daño que se propaga por el material a escala microestructural.

En concreto, han demostrado que la interacción entre el grado de desorden del material y la redistribución de las tensiones después de la generación de un daño desempeña un papel fundamental a la hora de controlar las características de fallo de los sólidos. A partir de esa idea han logrado desarrollar modelos que son capaces de capturar la respuesta ante un fallo de diversos materiales si se conoce su microestructura heterogénea. Esos nuevos conceptos teóricos se han desarrollado gracias al estudio numérico y experimental de fallos en sólidos heterogéneos con microestructuras simples controladas. El equipo científico ha debido diseñar montajes y medios de observación nuevos para esos experimentos, capaces de seguir la propagación de fisuras en materiales a escalas dimensionales y de tiempo reducidas. Han empleado un tratamiento estadístico de los datos en bruto recogidos que les ha permitido comprender mejor los principios físicos y mecánicos de las fracturas. Por último, los nuevos métodos teóricos que se han desarrollado en el ámbito de este proyecto para describir la transición al fallo de los materiales se han contrastado y probado con observaciones experimentales.

En conjunto, dichos métodos han demostrado ser capaces de predecir de manera eficaz el comportamiento de fallo y la resistencia de una amplia gama de materiales. De hecho, el equipo científico ya los ha puesto en práctica para hacer una estimación de las características de fallo de materiales frágiles heterogéneos que rompen por la propagación de una fisura única, o de materiales cuasi-frágiles que rompen por la propagación de un conjunto de microfisuras.

Además de aportar un mayor conocimiento sobre las fracturas, las labores desarrolladas en el ámbito del proyecto TOUGHBRIDGE han dado lugar a nuevos métodos de diseño de materiales con mejores propiedades mecánicas. Este concepto de «fallo por diseño» se ha aplicado a la preparación de películas delgadas con propiedades adhesivas nuevas. El siguiente paso ha consistido en diseñar sólidos heterogéneos más tenaces y ligeros, aprovechando los progresos recientes de las técnicas de impresión tridimensional que otorgan un control total sobre la arquitectura del material. Este enfoque nuevo al diseño de materiales más tenaces abre nuevas perspectivas de gran interés para diversas aplicaciones tecnológicas.

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Palabras clave

Fractura, materiales heterogéneos, microestructura, fisuras, sólidos frágiles, sólidos cuasi-frágiles, TOUGHBRIDGE
Número de registro: 181106 / Última actualización el: 2016-04-26
Dominio: Tecnologías industriales