Modelado de daños y fallos de materiales compuestos
A pesar de los altos índices de penetración de los materiales compuestos en las nuevas aeronaves, los fabricantes siguen dependiendo en gran medida de métodos empíricos que no pueden predecir con precisión la respuesta de los materiales compuestos a las cargas externas. La capacidad de modelar las fracturas de los materiales compuestos con precisión permitiría reducir de manera significativa el peso de las estructuras de las aeronaves y mejorar el diseño de los propios materiales. Como parte del proyecto MULTIFRAC (Multiscale methods for fracture), los científicos produjeron modelos avanzados que describían el fallo de los materiales integrados en un marco de diseño que permite el diseño computacional de nuevos materiales. Los miembros del proyecto desarrollaron métodos computacionales para el análisis de la fractura de nanotubos de carbono utilizados para reforzar polímeros en diferentes escalas de longitud. Las simulaciones desarrolladas en la escala nanométrica ayudaron a predecir, por ejemplo, el comportamiento de la interfaz entre el polímero y el nanotubo de carbono. A continuación, el equipo utilizó una técnica de acoplamiento concurrente para incorporar dominios de escala pequeña alrededor de la fractura macroscópica, considerando el resto del dominio como material homogéneo. Posteriormente se refinó este enfoque para describir patrones de fractura más complejos en la escala pequeña y ampliarlos a patrones sencillos a nivel macroscópico. Las propiedades del material en dominios alejados de la fractura macroscópica se escalaron mediante un enfoque jerárquico o semi-concurrente. Los experimentos realizados siguieron el ritmo de los resultados de las simulaciones. Los materiales compuestos empleados en la fabricación de aeronaves han demostrado su potencial para lograr aeronaves más ligeras que consumen menos combustible. Si los fabricantes obtienen una comprensión suficiente de la tolerancia de estos materiales al daño, podrán mejorar el diseño de los materiales compuestos, logrando así aeronaves más seguras.
Palabras clave
Daño, modelado de fallos, materiales compuestos, aeronave, fractura, MULTIFRAC
