En la presente Tesis Doctoral se propone un nuevo método analítico para el estudio
del comportamiento en fractura de materiales con comportamiento cuasifrágil, dentro del
marco de los Modelos de Fisuración Cohesiva y basado en la utilización de funciones de
Bueckner.
Se ha desarrollado un algoritmo para integrar el sistema de ecuaciones resultante, y se
ha implementado en el entorno de programación MATLAB para aplicarlo a la resolución
de casos prácticos.
El método propuesto ha sido validado numéricamente, comparando sus predicciones
con los resultados obtenidos utilizando el Método de los Elementos Finitos, así como
otros métodos recogidos en la literatura. Los casos de validación analizados cubren un
amplio némero de problemas, relativos al comportamiento en fractura de probetas de
materiales con comportamiento cuasifrágil.
El método también ha sido validado experimentalmente, mediante la realización de
ensayos de flexión en tres puntos utilizando probetas fisuradas de un polímero cuasifrágil,
el PoliMetilMetAcrilato (PMMA). Se ha comprobado su capacidad para predecir el comportamiento
en fractura de dicho material, y se ha verificado además que reproduce los
resultados experimentales obtenidos por otros autores, utilizando probetas compactas
del mismo material.
Los resultados de la validación, tanto numérica como experimental, permiten afirmar
que la exactitud el método propuesto es comparable a la de otros métodos disponibles en
la actualidad para la resolución de este tipo de problemas. Sin embargo, tiene con respecto
a éstos importantes ventajas que se traducen en una mayor facilidad para cambiar tanto
la geometría como el tamaño del sólido, y es más versátil para analizar materiales con
longitudes características diferentes, con un importante ahorro tanto de tiempo como de
coste computacional.
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In this PhD. Thesis, a new analytic method for the study of the fracture behaviour of
quasi-brittle materials is put forward, within the framework of the Cohesive Zone Models
and based on the use of Bueckner functions.
An algorithm to solve the system of equations resultant has been developed. It has
been implemented in MATLAB to apply to solve practical cases.
The proposed method has been numerically validated comparing its predictions with
the obtained results using the Finite Element Method, as well as other methods taken
from the bibliography. The cases of validation analysed cover a wide number of problems
related to the fracture behaviour of quasi-brittle materials.
The suggested method has also been experimentally validated, by performing threepoint
bending tests on PolyMethylMethAcrylate (PMMA) cracked specimens. It has
been proved that the model is capable of predicting the fracture behaviour of such material.
The results of the numerical and experimental validation allow us to claim that the
proposed method has a similar accuracy to other available methods for solving this kind
of problems. The suggested method, however, has important advantages, such as a better
ability to modify the geometry as well as the size of the test specimens, and it permits to
analyze the fracture behaviour of materials with different characteristic length, leading
to an important saving of time as well as computing cost.
