Resumen

Este artículo trata de la caracterización y la modelización numérica del colapso de estructuras esféricas huecas de material compuesto desarrolladas para absorber energía durante impactos a alta velocidad. La estructura está compuesta por esferas huecas (ϕ=2-30 mm) de resina epoxi y polvo mineral. En primer lugar, se realizan ensayos de compresión cuasiestática y dinámica (v=5 mm-min-1 a v=2 m-s-1) a temperatura ambiente en una sola esfera para estudiar los mecanismos de disipación de energía. La fractura del material parece ser predominante. Se investiga un modelo numérico basado en el método de los elementos discretos para simular el aplastamiento de una sola esfera. Se implementa numéricamente la relación tensión-deformación-tiempo del material basada en la ley de Ree-Eyring. El modelo DEM tiene en cuenta de forma natural la fractura dinámica y la trayectoria de la grieta calculada se aproxima a la observada experimentalmente en compresión uniaxial. Finalmente, se realizan impactos a alta velocidad (v>100 m-s-1) de una esfera hueca sobre una superficie rígida con un cañón de aire. Los resultados numéricos concuerdan con los datos experimentales y demuestran la capacidad del presente modelo para describir correctamente el comportamiento mecánico de materiales frágiles a altas velocidades de deformación.

• Materias:Reactores químicos - Diseño y construcción Propiedades fisicoquímicas Polimerización Ingeniería biomédica Nanoestructuras
• Subjects:Chemical reactors - Design and construction Chemicophysical properties Polymerization Biomedical engineering Nanostructures
• Palabras claves:impactos de alta velocidad, estructuras esféricas huecas de material compuesto, método de los elementos discretos, mecanismos de disipación de energía, alta velocidad de deformación, aplastamiento de una sola esfera, material, m-s-1, modelización dem, cañón de aire
• Keywords:high velocity impacts, composite hollow spherical structures, discrete element method, energy dissipation mechanisms, high strain rate, single sphere crushing, material, m·s−1, dem modelling, air cannon