Mecánica de polímeros termoplásticos en condiciones de impacto

Abstract

El principal objetivo de esta tesis es el desarrollo de una herramienta predictiva que ayude en el diseño de piezas plásticas que puedan verse sometidas a situaciones de carga de impacto. Para ello, hemos investigado la respuesta mecánica de tres polímeros de ingeniería ampliamente utilizados en aplicaciones resistentes a impactos: Policarbonato (PC), Polipropileno (PP) y Polietileno de Alta Densidad (HDPE). Hemos propuesto un modelo constitutivo termomecánico que captura las características esenciales de la deformación del polímero: respuesta elástica inicial, seguida de fluencia viscoplástica no lineal y endurecimiento por deformación de orientación en grandes deformaciones. Además, el modelo incorpora la dependencia de la presión, la temperatura y la velocidad de deformación de la respuesta mecánica del polímero. Hemos desarrollado estrategias de calibración de modelos de materiales basadas en los resultados experimentales de varias pruebas mecánicas. Para la determinación experimental del comportamiento mecánico del PP y HDPE, hemos llevado a cabo ensayos de tracción dinámica a altas velocidades de deformación utilizando técnicas de correlación de imágenes digitales y termografía infrarroja, que proporcionan mediciones puntuales de deformación y temperatura reales en la superficie de la muestra. Hemos evaluado la respuesta al impacto del material mediante ensayos instrumentados de impacto de caída de peso. Las capacidades de predicción de nuestro modelo constitutivo se validaron contrastando las curvas de fuerza-tiempo de peso de caída experimentales y numéricas. En todos los casos estudiados se observó una buena concordancia. A continuación, analizamos los campos de tensión-deformación resultantes con el objetivo de establecer criterios de falla que permitan la predicción de fallas de materiales en piezas de polímero con geometrías más complejas bajo cargas de impacto multiaxial. Finalmente, hemos aplicado una técnica de modelado inverso para evaluar la posibilidad de determinar los parámetros constitutivos de las curvas de peso fuerza-tiempo descendente.