Efectos de proximidad en compuestos de inclusión de matriz: comportamiento efectivo elástico, momentos de fase y análisis computacional de campo completo
Autores: Belgrand, Louis; Ramière, Isabelle; Largenton, Rodrigue; Lebon, Frédéric
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Efectos
Inclusión de proximidad
Comportamiento elástico
Compuestos
Cálculos numéricos de elementos finitos
Campos locales de esfuerzos
Licencia
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Citaciones: Sin citaciones
Este trabajo se centra en los efectos de la proximidad de inclusión en el comportamiento elástico de los compuestos de matriz-inclusión diluida. Se consideran inclusiones esféricas monodispersas rígidas o suaves con fracciones volumétricas moderadas. Para llevar a cabo este estudio, se construyen Elementos de Volumen Representativos (RVE) con una distancia mínima local efectiva entre inclusiones que varía entre el radio de la esfera y una décima parte del radio. Se realizan cálculos numéricos de elementos finitos en el RVE. Las propiedades elásticas homogeneizadas obtenidas, así como los momentos de tensión de fase (primero y segundo), se comparan con estimaciones de Mori-Tanaka, que están bien establecidas para este tipo de compuesto. También se analiza el comportamiento de los campos locales (tensiones) en la microestructura con respecto a la proximidad de inclusión. Se deduce que las propiedades efectivas y los momentos de tensión de fase convergen asintóticamente a las estimaciones de Mori-Tanaka cuando la distancia mínima entre esferas aumenta. La asíntota parece alcanzarse alrededor de una distancia igual al radio de la esfera. Los comportamientos efectivos y de fase muestran una desviación que puede alcanzar e incluso superar (para los segundos momentos) el diez por ciento cuando las inclusiones están cerca. El impacto de las proximidades de las inclusiones es aún más importante en los campos de tensión locales. Los valores de tensión máxima (hidrostática o equivalente) pueden ser más del doble localmente.
Descripción
Este trabajo se centra en los efectos de la proximidad de inclusión en el comportamiento elástico de los compuestos de matriz-inclusión diluida. Se consideran inclusiones esféricas monodispersas rígidas o suaves con fracciones volumétricas moderadas. Para llevar a cabo este estudio, se construyen Elementos de Volumen Representativos (RVE) con una distancia mínima local efectiva entre inclusiones que varía entre el radio de la esfera y una décima parte del radio. Se realizan cálculos numéricos de elementos finitos en el RVE. Las propiedades elásticas homogeneizadas obtenidas, así como los momentos de tensión de fase (primero y segundo), se comparan con estimaciones de Mori-Tanaka, que están bien establecidas para este tipo de compuesto. También se analiza el comportamiento de los campos locales (tensiones) en la microestructura con respecto a la proximidad de inclusión. Se deduce que las propiedades efectivas y los momentos de tensión de fase convergen asintóticamente a las estimaciones de Mori-Tanaka cuando la distancia mínima entre esferas aumenta. La asíntota parece alcanzarse alrededor de una distancia igual al radio de la esfera. Los comportamientos efectivos y de fase muestran una desviación que puede alcanzar e incluso superar (para los segundos momentos) el diez por ciento cuando las inclusiones están cerca. El impacto de las proximidades de las inclusiones es aún más importante en los campos de tensión locales. Los valores de tensión máxima (hidrostática o equivalente) pueden ser más del doble localmente.