Modelo Viscoplástico para Materiales Cohesivo-Friccionales

Abstract

En la actualidad puede encontrarse una gran cantidad de trabajos que tienen como objetivo describir el comportamiento de materiales cohesivo friccionales, por ejemplo: hormigón y cerámicos, cuando están sometidos a cargas dinámicas de tipo explosivas o impacto. Estos trabajos involucran tanto ensayos experimentales como simulaciones numéricas, las cuales pueden tener distintos enfoques. En los últimos años se han realizado ensayos uniaxiales en hormigón, tanto a tracción como a compresión, que permiten demostrar la influencia de la velocidad de deformación en la respuesta del material. Cuando el material está sometido a cargas con velocidades de deformación superiores a 10 s -1, cambian las propiedades tanto elásticas como inelásticas. Basados en la información experimental disponible y mediante el uso de técnicas de regresión, varios investigadores proponen expresiones o curvas donde se incrementa la resistencia y el módulo de elasticidad en función de la velocidad de deformación. En este trabajo se propone un enfoque fenomenológico basado en el método de variables de estado para el tratamiento del problema a nivel constitutivo. Con este fin, se realiza la extensión viscoplástica de tipo Perzyna de un modelo de plasticidad existente. La ausencia de condiciones de consistencia, obliga a la búsqueda de criterios alternativos para la integración de la ecuación constitutiva. El algoritmo desarrollado se basa en la utilización de dos residuos: el primero relacionado con las tensiones y el segundo asociado a una variable interna viscoplástica. La integración de la ecuación constitutiva se realiza mediante el método de Euler implícito. Se define además el tensor tangente consistente con el algoritmo propuesto. En primer lugar, se presentan los principales resultados experimentales y modelos disponibles en la bibliografía para simular materiales cohesivo friccionales bajo cargas con alta velocidad de aplicación. A continuación, se describe la extensión viscoplástica del modelo y el algoritmo de integración desarrollado, así como la obtención del tensor tangente consistente asociado a dicho algoritmo. Finalmente, se comparan los resultados numéricos obtenidos con el modelo y el algoritmo propuestos con resultados experimentales de hormigón bajo distintas combinaciones de carga aplicadas con altas velocidades, obtenidos por otros autores. Dicha comparación permite calibrar y validar el modelo desarrollado.