Potencialidades computacionales del Método de los Elementos Finitos para la modelación y simulación de materiales compuestos: revisión

Abstract

RESUMENEn este trabajo se presenta una revisión bibliográfica de modelos computacionales que utilizan el Método de los Elementos Finitos (MEF) para el estudio del comportamiento mecánico de los materiales compuestos, enfocándose el análisis en materiales reforzados por partículas o fibras. El análisis realizado muestra que el MEF permite estimar, de manera efectiva, la influencia sobre las propiedades mecánicas de los materiales compuestos, de factores como el reforzante, su fracción volumétrica, orientación, relación de aspecto y tamaño. Esta revisión mostró que la propiedad más estudiada es el módulo de Young, así como los modelos que favorecen la disminución de la geometría utilizando las ventajas computacionales. Se destaca el trabajo futuro que requiere atención.Palabras clave: Método de los Elementos Finitos, MEF, compuestos, reforzantes, modelación, simulación. ABSTRACTThis work presents a review of computational models that use the Finite Elements Method (FEM) for the study of composite materials mechanical behavior, focusing the analysis in materials reinforced by particles or fibers. Bibliographic analysis shows that using FEM it is possible to successfully estimate the effect on the composites mechanical properties, of parameters such as the reinforcement type, volumetric fraction, orientation, aspect ratio and size. This review showed that the most studied property is Young´s modulus, as well as the models that favor the geometry decrease using the computational advantages. Future work that needs attention is addressed.Keywords: Finite Elements Method, FEM, composites, reinforcement, modeling, simulation. INTRODUCCIÓN AL MÉTODO DE LOS ELEMENTOS FINITOSEn la actualidad, es de gran importancia el estudio de los materiales, así como de los sistemas o estructuras en los cuales operan estos materiales. En muchas ocasiones, antes de fabricar un material o un prototipo, es deseable contar con información que permita tomar decisiones sobre el proceso final de fabricación. Por tal motivo, se ha incrementado de manera notable el uso de la modelación y la simulación. El Método de los Elementos Finitos (MEF) constituye hoy en día un procedimiento habitual de modelación y simulación, tanto en mecánica estructural como en mecánica de sólidos. Su uso se ha extendido también a la resolución de problemas de transferencia de calor, mecánica de fluidos y electromagnetismo [1]. El nacimiento y desarrollo del MEF es una consecuencia de la disponibilidad de herramientas electrónicas de cálculo cada vez más potentes desde finales del siglo XX. En el MEF las estructuras se dividen en zonas o elementos conectados meAutor Responsable: Ismeli Alfonso Fecha de envío:

Micromechanical Investigation of Elastic Properties for Polypropylene Fiber-Matrix Composite

“…3, 4 and 5. In case of the implementation of the symmetry boundary conditions on the rectangular and cubic prisms including the fibers which were embedded into the matrix material (RVE) unit-cell method was developed [9]. In the consideration of the mechanical P [N] and displacement δ [µm] based loadings, the obtained elastic constants were reached to different values that were mentioned in literature.…”

“…Jiang et al [8] reported that the ratio of surface-to-surface distance of adjacent carbon nanotubes (CNTs) to the CNT diameter plays a key role in improving the overall elastic modulus of the CNTreinforced composites when the tubes were perfectly aligned, completely separated from other tubes, and ideally bonded with the composite matrix. Alfonso et al [9] presented a review-research about the computational potentialities of the FEM for the modeling and simulation of composite materials. This review showed that the most studied property was the Young modulus and geometric properties.…”

Soluciones analíticas y numéricas de esfuerzos mecánicos en placas rectangulares isotrópicas

“…Un software de elementos finitos como ANSYS contienen herramientas que permiten el modelado y la simulación de un gran número de fenómenos, estructuras y materiales, para lo cual divide su operación en etapas o módulos, donde generalmente se definen aspectos tales como geometría del modelo, tipos de elementos en los que se dividirá, asignación de propiedades de los materiales y generación de la malla para definir los nodos y uniones entre elementos. (Gurunath, 2015;Alfonso et al, 2015;Ramírez y Rodan, 2016;Muhammad et al, 2020).…”

Micromechanical Analysis of Polymer Fiber Composites under Tensile Loading by Finite Element Method

“…Experimental studies were also performed to support the numerical results [8]. Two-dimensional (unit cell method) and three-dimensional finite element analysis (FEA) with RVE was performed, and results were compared with the results of experimental studies in the literature [9][10][11][12][13][14][15][16][17][18][19][20][21][22][23]. Researchers often used the following FE commercial codes: ABAQUS [11,12,16,19], ANSYS [17,20], NASTRAN [13], and ALGOR-FEAS [9].…”