Estudio sobre la capacidad de absorción de energía en espumas Estrireno Acrinolitrilo a diferentes tasas de deformación
La dependencia del comportamiento mecánico bajo cargas de compresión en espuma de Estireno Acrilonitrilo ante la variación de la tasa de deformación es investigada, haciendo uso de tres diferentes densidades (116.5, 150 and 210 kg/m^3) como parámetro de estudio. Las tasas de deformación alcanzadas s...
- Autores:
-
Gutiérrez Silva, David Andrés
- Tipo de recurso:
- Fecha de publicación:
- 2019
- Institución:
- Universidad de los Andes
- Repositorio:
- Séneca: repositorio Uniandes
- Idioma:
- spa
- OAI Identifier:
- oai:repositorio.uniandes.edu.co:1992/44286
- Acceso en línea:
- http://hdl.handle.net/1992/44286
- Palabra clave:
- Estireno - Propiedades mecánicas - Investigaciones
Espuma rígida - Propiedades mecánicas - Investigaciones
Absorción de energía - Investigaciones - Estudio de casos
Método de elementos finitos - Investigaciones - Estudio de casos
Formabilidad de metales - Investigaciones - Estudio de casos
Ingeniería
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La dependencia del comportamiento mecánico bajo cargas de compresión en espuma de Estireno Acrilonitrilo ante la variación de la tasa de deformación es investigada, haciendo uso de tres diferentes densidades (116.5, 150 and 210 kg/m^3) como parámetro de estudio. Las tasas de deformación alcanzadas se presentan en un rango de 10^-3 hasta 10^2 mediante pruebas de compresión cuasi-estática (Instron 3376), Dispositivo de Impacto por Proyección Vertical de Masas (DIPVM) y Split Hopkinson Pressure Bar (SHPB). De igual forma, la alteración en la microestructura celular dada por el cambio en la densidad es explorada a través de técnicas de grabación de información visual tridimensional como la estereoscopia óptica y tomografía computarizada. Finalmente, se lleva a cabo la reconstrucción de un modelo computacional 3D basado en imágenes de tomografía computarizada de rayos X, al cual se aplica el método de elementos finitos haciendo uso del modelo constitutivo de Johnson-Cook para un material rígido - perfectamente plástico - densificación (RPPD). Con base al estudio desarrollado se ha logrado observar un aumento significativo en la capacidad de absorción de energía en espumas de mayor densidad como función de la tasa de deformación en pruebas dinámicas bajo carga de compresión, asociado al cambio de la topología celular del material. El resultado alcanzado a través del método de elementos finitos exhibe un buen comportamiento basado en los datos experimentales a tasas de deformación cuasi-estática. De igual forma, el mecanismo de falla manifestado en el modelo 3D, muestra afinidad con la información registrada durante el proceso de experimentación. |
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Las tasas de deformación alcanzadas se presentan en un rango de 10^-3 hasta 10^2 mediante pruebas de compresión cuasi-estática (Instron 3376), Dispositivo de Impacto por Proyección Vertical de Masas (DIPVM) y Split Hopkinson Pressure Bar (SHPB). De igual forma, la alteración en la microestructura celular dada por el cambio en la densidad es explorada a través de técnicas de grabación de información visual tridimensional como la estereoscopia óptica y tomografía computarizada. Finalmente, se lleva a cabo la reconstrucción de un modelo computacional 3D basado en imágenes de tomografía computarizada de rayos X, al cual se aplica el método de elementos finitos haciendo uso del modelo constitutivo de Johnson-Cook para un material rígido - perfectamente plástico - densificación (RPPD). Con base al estudio desarrollado se ha logrado observar un aumento significativo en la capacidad de absorción de energía en espumas de mayor densidad como función de la tasa de deformación en pruebas dinámicas bajo carga de compresión, asociado al cambio de la topología celular del material. El resultado alcanzado a través del método de elementos finitos exhibe un buen comportamiento basado en los datos experimentales a tasas de deformación cuasi-estática. De igual forma, el mecanismo de falla manifestado en el modelo 3D, muestra afinidad con la información registrada durante el proceso de experimentación.This study investigates the strain-rate dependent behaviour of Styrene Acrylonitrile foam under compression load using three different nominal densities (116.5, 150 and 210 kg/m^3) as a parameter of study. Quasi-static and dynamic compression tests were carried out reaching strain rates of $10^-3 up to 10^2 through electro-mechanical Instron 3376, controlled drop tower apparatus (DWT) and split Hopkinson pressure bar (SHPB). Furthermore, three-dimensional visual information recording techniques are implemented to perform the microstructural characterization of the materials using optical stereoscopy and X-ray computed tomography. Finally, by means of image treatment a 3D computational reconstruction model is achieved, based on CT images own of the material. Additionally, a finite element method analysis is carried out using the Johnson-Cook constitutive model for a rigid - perfect plastic- densification (RPPD) material. It was noted a remarkable improvement on the energy absorption capacity in foams with higher density as a function of the strain rate under dynamic compression loads which is related to the change of the material cellular topology. The result obtained through the finite element method exhibits a good agreement based on the experimental data at quasi-static strain rates. Furthermore, the failure mechanism manifested by the 3D reconstruction model, shows affinity with the data registered during the experimentation.Magíster en Ingeniería MecánicaMaestría71 hojasapplication/pdfspaUniandesMaestría en Ingeniería MecánicaFacultad de IngenieríaDepartamento de Ingeniería Mecánicainstname:Universidad de los Andesreponame:Repositorio Institucional SénecaEstudio sobre la capacidad de absorción de energía en espumas Estrireno Acrinolitrilo a diferentes tasas de deformaciónTrabajo de grado - Maestríainfo:eu-repo/semantics/masterThesishttp://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85Texthttp://purl.org/redcol/resource_type/TMEstireno - Propiedades mecánicas - InvestigacionesEspuma rígida - Propiedades mecánicas - InvestigacionesAbsorción de energía - Investigaciones - Estudio de casosMétodo de elementos finitos - Investigaciones - Estudio de casosFormabilidad de metales - Investigaciones - Estudio de casosIngenieríaPublicationhttps://scholar.google.es/citations?user=FhpNaxkAAAAJvirtual::5621-10000-0003-3134-823Xvirtual::5621-1https://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0000278483virtual::5621-1429bc57d-8f49-47a2-ad42-ba99a44b4693virtual::5621-1429bc57d-8f49-47a2-ad42-ba99a44b4693virtual::5621-1ORIGINALu827001.pdfapplication/pdf24340747https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstreams/65b2ff0b-52fc-44f6-a889-b133e7d989fd/download959c9a143a908635d82247eb69a21320MD51TEXTu827001.pdf.txtu827001.pdf.txtExtracted texttext/plain116447https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstreams/1cf3f46c-cce6-4cf2-a1f0-a867ca9584bb/download4b7118d0762f414f9ac06d9865a1dc08MD54THUMBNAILu827001.pdf.jpgu827001.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg11277https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstreams/353e697f-9ec1-4051-88bb-137eb052fcc1/downloadb0a766dd6ad3c0d14bd60184e538a02bMD551992/44286oai:repositorio.uniandes.edu.co:1992/442862024-03-13 12:59:09.766https://repositorio.uniandes.edu.co/static/pdf/aceptacion_uso_es.pdfopen.accesshttps://repositorio.uniandes.edu.coRepositorio institucional Sénecaadminrepositorio@uniandes.edu.co |