Detección de daño en elementos mecánico-estrucurales : modelado dentro de la mecánica no lineal con inclusión de contacto en la falla

Abstract

En sistemas estructurales de importancia tales como aviones o puentes, el daño detectado y reparado a tiempo podría evitar una falla estructural catastrófica. Por tal motivo, el desarrollo de técnicas de evaluación no destructiva del estado de daño en estructuras mecánicas, aeronáuticas y civiles es un tema prioritario. En esta tesis se presenta un método no destructivo de detección de daño en elementos mecánico - estructurales. Para ello se desarrolla un modelo de deformación finita en el marco de la Mecánica del Continuo bi y tridimensional en coordenadas materiales, en el que se incluye contacto tipo Signorini y fricción de Coulomb en la interfase de la fractura. La Mecánica de Contacto, una rama de la Mecánica de Sólidos extensamente estudiada y aplicada, no ha sido, sin embargo, ampliamente destinada a problemas de detección de daño. La finalidad de esta tesis es diagnosticar la magnitud y localización de fisuras incorporando el contacto y la fricción en la misma, dentro de la simulación de la dinámica del elemento estructural. La detección se efectúa mediante la minimización de la diferencia entre los resultados experimentales y los simulados. Esta diferencia (o función objetivo) presenta muchos mínimos locales por lo que las técnicas convencionales basadas en búsqueda por métodos de gradiente son inaplicables. El método de Algoritmos Genéticos es exitosamente implementado en la minimización de la función objetivo. Se muestra que esta metodología es útil tanto para el caso dinámico como el estático obteniéndose resultados muy precisos en la detección de daño. El modelo del continuo con inclusión de contacto en la falla, que tiene en cuenta la deformación y rotación finita, es aplicable a cualquier tipo de movimiento que el elemento estructural efectúe y a cualquier tipo de forma que éste presente. Esta ventaja extiende el campo de estudio a cuerpos de forma arbitraria mientras que en la literatura está mayoritariamente restringido a vigas rectas. La robustez del método es puesta a prueba simulando errores experimentales y divergencias de la forma de la fractura entre el espécimen estudiado y el modelo de comparación.