[EN] The research represented by this thesis deals with bisphenol-A epoxy vinyl ester resin (VEBA) composite materials reinforced with E-fiberglass fabric of medium weight (450 g/m2) and quasi-orthotropic 0-90°/±45° configuration. The increasing use of vinyl ester resin is due to the advantageous combination of their physical, chemical and mechanical characteristics, which makes it economic and competitive in certain technological applications traditionally reserved for epoxy resins. The use of glass fiber reinforcements extends its applicability as structural material not only in the fields of chemical, industrial and marine engineering but also in civil construction. Manufacturers of VE resin do not provide the following information: interlaminar crack strength of composites, properties of reinforcements different from mat, durability of the material until structural failure and collapse due to delamination. On the other hand, low cost manufacturing and not amortizable production infrastructure, or producing a material in situ to repair any infrastructure damages where it is not feasible to supply sufficient energy for curing composite, which is another aspect not widely established by research publications concerning the influence on the mechanical properties achieved by the composite. The given thesis aims: to characterize the interlaminar mode II fracture behavior of the composite (VEBA/0-90º±45º)4 cured at low temperature; quantify the influence of curing temperature on interlaminar mechanical characteristics; determine the mechanism of influence of curing temperature on the toughness in Mode II; establish durability of the composite during Mode II delamination in severe conditions of prolonged exposure to high temperature (95 °C) and also connections between durability and the temperature of curing. The mechanical characterization: flexural, interlaminar shear and Mode II interlaminar fracture strengths and fractographic, calorimetric and thermogravimetric studies indicate that the composites cured at low temperatures (20 to 50 °C) have better mechanical properties than composites with mat, and very close to the 0-90º taffeta ones. The curing temperature influences the resistance against delamination and the loss of those mechanical properties by prolonged exposure to high temperature. Shear strength and interlaminar fracture toughness properties are the most sensitive mechanical characteristics. Even with low curing temperature, the resin VEBA maintains good resistance to prolonged thermal degradation. Curing at 50 ° C makes possible low cost manufacturing and reparation in situ. / [ES] El trabajo de investigación que conforma esta publicación se inscribe en el campo de los materiales compuestos de resina viniléster de segmento epoxy-bisfenol A (VEBA), reforzada con tejido de medio gramaje (450 g/m2) en fibra de vidrio E, y configuración cuasi ortotrópica 0-90º±45º. El uso creciente de la resina viniléster viene dado por la combinación ventajosa de sus características mecánicas, químico-físicas, y económicas que la hace competitiva en algunas aplicaciones tecnológicas tradicionalmente reservadas para las resinas epoxy. La introducción de refuerzos de fibra de vidrio incrementa su aplicabilidad estructural a sectores no solamente de la ingeniería química, industrial, naval sino también de la construcción civil. Los fabricantes de resinas VE no aportan información sobre propiedades resistentes al agrietamiento interlaminar de compuestos, ni sobre otras tipologías de refuerzo diferentes a mat, ni de la durabilidad del material frente al fallo y colapso estructural por delaminación. Por otro lado, la fabricación en condiciones de bajo coste e infraestructura de producción no amortizable, o elaboración in situ con fines de reparación de desperfectos en instalaciones, donde no es factible un aporte energético suficiente para curado del compuesto, es otro aspecto no tratado por publicaciones de investigación en cuanto a la influencia sobre las propiedades mecánicas alcanzadas por el compuesto. La presente publicación tiene como objetivos para el compuesto (VEBA/0-90º±45º)4 caracterizar su comportamiento a fractura interlaminar por carga en Modo II, cuantificar la influencia de la temperatura de curado en las características de tenacidad a fractura del material compuesto, determinar el mecanismo de influencia de la temperatura de curado en la tenacidad del material en Modo II, y establecer la durabilidad del compuesto a la delaminación en Modo II para condiciones severas de exposición prolongada a alta temperatura (95 ºC) y relación de la misma con respecto a la temperatura de la etapa de curado. La caracterización mecánica a flexión, cizalladura interlaminar, fractura interlaminar en modo II, y el estudio fractográfico, calorimétrico y termogravimétrico indican que el compuesto curado a bajas temperaturas (20 y 50 ºC) tiene buenas características mecánicas, superiores a los compuestos con mat, y muy cercanas a los tafetán 0-90º. La temperatura de curado tiene influencia en el comportamiento contra la delaminación, y frente a la merma de éstas por exposición prolongada a alta temperatura. Resistencia a cizalladura y tenacidad a fractura interlaminar son las propiedades más sensibles. En estas condiciones de curado, la resina VEBA mantiene una buena resistencia a la degradación térmica. Curar a 50 ºC hace factible la reparación o elaboración in situ. / [CA] El treball d'investigació que conforma esta tesi doctoral s'inscriu en el camp dels materials compostos de resina viniléster de segment epoxy-bisfenol A (VEBA) , reforçada amb teixit de mig gramatge (450 g/m2) en fibra de vidre E, i configuració quasi ortotrópica 0-90º±45º. L'ús creixent de la resina viniléster ve donat per la combinació avantatjosa de les seues característiques mecàniques, quimicofísiques, i econòmiques que la fa competitiva en algunes aplicacions tecnològiques tradicionalment reservades per a les resines epoxy. La introducció de reforços de fibra de vidre incrementa la seua aplicabilitat estructural a sectors no sols de l'enginyeria química, industrial, naval sinó també de la construcció civil. Els fabricants de resines VEU no aporten informació sobre propietats resistents al clavillament interlaminar de compostos, ni sobre altres tipologies de reforç diferents de mat, ni de la durabilitat del material enfront de la fallada i col·lapse estructural per delaminación. D'altra banda, la fabricació en condicions de baix cost i infraestructura de producció no amortitzable, o elaboració in situ amb fins de reparació de desperfectes en instal·lacions, on no és factible una aportació energètica suficient per a curat del compost, és un altre aspecte no tractat per publicacions d'investigació quant a la influència sobre les propietats mecàniques aconseguides per el compost (VEBA/0-90º±45º)4 caracteritzar el seu comportament a fractura interlaminar per càrrega en Mode II, quantificar la influència de la temperatura de curat en les característiques de tenacitat a fractura del material compost, determinar el mecanisme d'influència de la temperatura de curat en la tenacitat del material en Mode II, i establir la durabilitat del compost a la delaminación en Mode II per a condicions severes d'exposició prolongada a alta temperatura (95 ºC) i relació de la mateixa respecte a la temperatura de l'etapa de curat. La caracterització mecànica a flexió, cizalladura interlaminar, fractura interlaminar en mode II, i l'estudi fractográfico, calorimètric i termogravimétrico indiquen que el compost curat a baixes temperatures (20 i 50 ºC) té bones característiques mecàniques, superiors als compostos amb mat, i molt pròximes als tafetà 0-90º. La temperatura de curat té influència en el comportament contra la delaminación, i enfront de la minva d'estes per exposició prolongada a alta temperatura. Resistència a cizalladura i tenacitat a fractura interlaminar són les propietats més sensibles. En estes condicions de curat, la resina VEBA manté una bona resistència a la degradació tèrmica. Curar a 50 ºC fa factible la reparació o elaboració. / Sánchez Bolinches, A. (2016). INFLUENCIA DE LA ETAPA DE CURADO A BAJA TEMPERATURA EN EL COMPORTAMIENTO A FRACTURA EN MODO II DE COMPOSITES VINILESTER-BPA Y SU DURABILIDAD EN CONDICIONES EXTREMAS DE TEMPERATURA [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/63665

Se realizó el estudio de las propiedades térmicas y mecánicas de mezclas de Poli(Etilén Tereftalato) (PET) con resinas poliméricas basadas enl Bisfenol-A: Poli(Carbonato de Bisfenol-A) (PC) y Poli(Hidroxi-Éter de Bisfenil-A) (PHEB), en contenidos no superiores a un 30% en peso de estos polímeros y preparadas por extrusión doble-husillo.Una evaluación físico-química (ft-IR, densidad y MVR) de ambos sistemas indicó que pueden ocurrir reacciones de transesterificación, principalmente entre el PET y el PC y verificado vía DSC y DMTA, mientras que dichas reacciones tienen una baja extensión en el caso del PHEB, principalmente evidenciado en la pérdida de la capacidad de cristalización del PET (sin mayores cambios en su transición vítrea) en presencia de PC y casi invariabilidad al adicionar PHEB. Con el apoyo de SEM se verificó la presencia de fases ricas de ambos componentes en las mezclas en todo el rango de composiciones, verificándose el carácter inmiscible de ambos sistemas.A través de un fraccionamiento térmico por Autonucleaciones y Recocidos Sucesivos (SSA) y medidas del MVR, ensayos que favorecieron la transesterificación, se estableció que ésta promueve un aumento de la masa molecular en ambos sistemas, donde en las mezclas PET/PC esto se da por reacciones de extensión de cadena y que en las mezclas PET/PHEB conducen a la formación de ramificaciones largas y entrecruzamientos.Las propiedades mecánicas a tracción y flexión indicaron un aumento de la resistencia mecánica y deformabilidad a mayor contenido de fase bisfenólica, al observarse un aumento de los parámetros característicos de estos ensayos, donde módulos elásticos y tensiones siguieron generalmente una desviación positiva de la "Ley Aditiva de Mezcla" (LAM). Tales tendencias indicaron un efecto rigidizante de la fase bisfenólica combinado con interacciones fuertes entre los componentes que favoreció la transmisión de tensiones y la deformabilidad de la mezcla, existiendo una compatibilidad mecánica aceptable al menos a bajas velocidades de deformación, principalmente en las mezclas PET/PC en donde hay evidencias de un aumento en la tenacidad. Se verificó que hay mejoras en la Resistencia al Impacto tanto caída de dardo como pendular al menos hasta un 20% de PC, superando a las mezclas PET/PHEB las cuales manifestaron una fuerte sensibilidad a la entalla.En el análisis de la fractura a través de la Mecánica de la Fractura Elástico Lineal (LEFM) a altas velocidades y el Trabajo Esencial de Fractura (EWF) a bajas velocidades de solicitación, para contenido no superiores a 10% de fase PC y PHEB donde la morfología de fases fue comparable (partículas), se tiene que los parámetros de fractura fueron siempre superiores para las mezclas PET/PC, con una tendencia general de que el PC aporta mejoras a estos parámetros respecto al PET, mientras que el PHEB no los afecta o tiende a disminuirlos. Esto sugiere que que la adhesión interfacial es un factor determinante que favorece la transmisión de tensiones, particularmente favorable en las mezclas PET/PC por su mayor reactividad.A mayores contenidos de fase bisfenólica, el comportamiento es más complejo como consecuencia del particular balance entre tamaño, geometría y orientación de la fase dispersa que tiende a dominar sobre la adhesión interfacial, detectándose procesos de cavitación en la mayoría de las condiciones de ensayos que promovieron pocas mejoras o decaimiento en los parámetros de fractura respecto al PET. Cabe destacar que los parámetros de fractura LEFM indicaron que todos los materiales presentaron una fractura en condiciones mixtas con una componente importante de tensión plana, con excepción de las mezclas PET/PHEB que corresponderían a condiciones de deformación plana, todo lo cual fue corroborado a través del análisis fractográfico.

En los últimos cinco años la tecnología de los recubrimientos superficiales se ha incrementado. Al respecto se tienen avances en las propiedades superificiales de los amteriales influyendo en el campo de la competitividad, producción de calidades y surgimiento de técnicas de recubrimientos, dependiendo de la adaptabilidad, aplicación y costo. En la actualidad el campo de las matrices de embutición apunta al problema generado en el servicio, modificaciones de medidas, desgastes, impactos, deformaciones y proceso de fractura, causado por las altas tensiones cortantes en zonas de deslizamiento de la chapa con la matriz. No obstante se puede recuperar la matriz por desgaste prematuro en bordes y posibles fisuras. A nivel mundial, el problema ha sido estudiado, pero dada su complejidad en la búsqueda de lograr la calidad y la efeciencia en las condiciones de servicio de la matriz, se aplican sobre su superficie las siguientes tecnologías: procesos térmicos, tratamientos superficiales, desposiciones superficiales y técnicas en recuperación por desgaste y fisuras. En esta investigación se aplicó la proyección térmica por llama con uso de polvo como ténica en reparación, en virud de la importancia de alternativas de recuperación de matrices de embutición para complementar las tecnologías existentes, garantizánose la función destino de la matriz, antes de ser consumida durante las operaciones de trabajo en frío y caliente. La proyección térmica por llama es una alternativa de bajo costo, aventajada en aplicación de capas cerámicas para recuperación de zonas desgastadas en matrices. Un requerimiento principal es la adherencia del recubrimiento en el sustrato y no es fácil alcanzar valores apropiados dadas la naturaleza cerámica del recubrimiento y los cortos tiempos de aplicación. Para cuantificar la adherencia se ensayaron las probetas recubiertas con aleaciones cerámicas sometidas a esfuerzos de cizalladura, para lograr en la intercara el deslizamiento cortante del recubrim / Maita, PA. (2007). Investigación de las características de adherencia sobre matrices de embutición de acero f-1110, y análisis mediante ensayos de emisión acústica, de recubrimientos de níquel-óxidos y carburos cerámicos aplicados por proyección térmica, y de las carac [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/1924

En el trabajo se definen modelos constitutivos que permiten reproducir el proceso de fallo de estructuras de materiales compuestos en distintas escalas bajo cargas estáticas. Se define un modelo constitutivo para determinar la respuesta de estructuras de materiales compuestos mediante la teoría de laminados. El modelo es validado mediante un programa de ensayos experimentales con probetas con un agujero central geométricamente similares. Se muestra la capacidad del modelo de detectar el efecto tamaño.Se define un modelo constitutivo para materiales transversalmente isótropos bajo estados tridimensionales de tensión. El modelo se valida analizando numéricamente el proceso de agrietamiento de la matriz. Finalmente se desarrolla un modelo analítico para determinar el agrietamiento de la matriz y la delaminación entre las capas. / In this contribution a set of constitutive models are defined to reproduce the damage processes that takes place in laminated composites until failure at different scales under static loads.A damage model is defined to determine the structural response of composite structures by means of laminated theory. The validation of this model is done by comparing the numerical results with an experimental program on open hole test specimens. The ability of the model to reproduce the size effect in laminated composite is demostrated.A damage model for a transversely isotropic material under tridimentional stress states is defined. It is numerically validated analysing the process of matrix cracking in multidirectional composites.Finally an analytical model is defined that describes the onset and evolution of matrix cracking and delamination .

[ES] Los procesos convencionales de transformación de materiales requieren afrontar nuevos retos que se presentan en la actual sociedad industrial como es la propia sostenibilidad medioambiental. De la misma forma, los productos fabricados en el futuro deberán cumplir ciertos requisitos medioambientales, como la reciclabilidad de la materia prima utilizada. Dentro de este contexto la fabricación de productos mediante técnicas tridimensionales como la fabricación aditiva, permite utilizar únicamente el material necesario que se requiere para un producto completo. Dichas técnicas de fabricación son las solicitadas por el sector aeronáutico, entre otros, que requiere de unos valores de calidad muy exigentes. Dentro de estos ensayos, el estudio del comportamiento del material ante crecimiento de grieta es de gran importancia. Mediante este tipo de fabricación se obtiene un producto en estado casi final a través de la adición de capas de alrededor de 100 micras, que da como resultado una orientación de grano metalúrgico preferente y diferente a la misma aleación fabricada por forja convencional. Los fenómenos ocurridos durante la fabricación pueden dar lugar a defectos como grietas o porosidades que disminuyen las capacidades resistentes, por lo que un estudio para predecir la vida del componente es importante. Dentro de los procesos de fabricación aditiva nos encontramos con la fabricación por haz de electrones, que consigue calidades de material casi con porosidad nula, por lo que empresas del sector aeronáutico o médico consideran esta técnica como de gran fiabilidad. El trabajo desarrollado en esta tesis se basa en el estudio de aleaciones de titanio fabricadas mediante fabricación aditiva por haz de electrones. En concreto, el estudio se centra en el comportamiento a tenacidad a la fractura para relacionarlo con las características microestructurales más relevantes. Los análisis llevados a cabo consideran diversas orientaciones que tienen lugar en la bandeja de fabricación, realizándose ensayos mecánicos tanto estáticos como dinámicos. Una segunda parte de la tesis se basa en el modelado mediante elementos finitos extendido, XFEM, que se desarrolla como alternativa a los métodos tradicionales de mallado. En el XFEM una aproximación de elementos finitos se construye de forma que sea capaz de representar funciones de enriquecimiento dentro de los elementos mediante grados de libertad adicionales. Un punto crítico en el proceso de cálculo mediante elementos finitos es el proceso de mallado. La precisión obtenida en la aproximación depende del tamaño de los elementos de la malla. Por tanto, el cálculo con precisión en puntos importantes como la zona cercana a grieta exige una malla con un tamaño de elemento muy pequeño. Con la técnica XFEM se alcanza una mayor precisión mediante un proceso de enriquecimiento de extremo de grieta. Los resultados que ofrece la herramienta XFEM se comparan con los obtenidos experimentalmente con componentes fabricados mediante impresión 3D. Esta comparativa se lleva a cabo sobre diversas geometrías con la presencia de agujeros, de tal forma que se ha podido predecir el crecimiento de grieta que tiene lugar en materiales por impresión 3D. De la misma forma, se llevan a cabo comparativas de piezas con geometría compleja, para validar el modelo desarrollado. / [CA] Els processos convencionals de transformació de materials requereixen afrontar nous reptes que es presenten en l'actual societat industrial com és la pròpia sostenibilitat mediambiental. De la mateixa forma, els productes fabricats en el futur hauran de complir certs requisits mediambientals, com el reciclatge de la matèria primera. Dins d'aquest context, la fabricació de productes mitjançant tecnologia 3D com la fabricació additiva, permet usar només el material necessari que es requereix per a un producte complet. Aquestes tècniques de fabricació són les sol·licitades pel sector aeronàutic que requereix d'uns valors de qualitat molt exigents. Dins d'aquests assajos, l'estudi del comportament del material a través de creixement de clivella és vital. Mitjançant aquesta mena de fabricació s'obté un producte en estat quasi final a través de l'addició de capes d'alçària al voltant de 100 micres, que dona com a resultat una orientació de gra metal·lúrgic preferent i diferent al mateix però fabricat convencionalment. Els fenòmens ocorreguts durant la fabricació poden donar lloc a defectes com a clivelles o porositats que poden disminuir les capacitats resistents, per la qual cosa un estudi per a predir la vida del material és important. Dins dels processos de fabricació additiva ens trobem amb la fabricació per feix d'electrons la qual aconsegueix qualitats de material quasi amb porositat nul·la, per la qual cosa empreses del sector aeronàutic i mèdic han conclòs a aquesta tècnica com la més fiable. El treball desenvolupat en aquesta tesi es basa en l'estudi d'aliatges de titani fabricades mitjançant fabricació additiva per feix d'electrons, principalment el seu comportament a la tenacitat a la fractura per a relacionar-ho amb les característiques microestructurals més rellevants. Les anàlisis dutes a terme se centren en diverses orientacions que tenen lloc en la plataforma de fabricació, realitzant-se assajos mecànics tant estàtics com dinàmics. Una segona part de la tesi es basa en el modelatge mitjançant elements finits estesos, XFEM, que es desenvolupa com a alternativa als mètodes lliures de malla. En el XFEM una aproximació d'elements finits es construeix de manera que siga capaç de representar funcions (enriquiment) dins dels elements. Un punt crític en el procés de càlcul en qualsevol mètode que usa una malla és el procés d'emmallat. La precisió obtinguda en l'aproximació depén de la grandària dels elements de malla. Per tant, el càlcul amb precisió en punts importants, com la zona pròxima a clivella, exigeix l'ús d'una malla amb una grandària d'element molt xicoteta. Amb la tècnica XFEM aconseguim aqueixa precisió mitjançant un procés de enriquiment. / [EN] Conventional material transformation processes require facing new challenges that arise in today's industrial society, such as environmental sustainability. Similarly, products manufactured in the future must meet certain environmental requirements, such as the recyclability of the raw material used. Within this context, the manufacture of products using 3D technology such as additive manufacturing, allows using only the necessary material that is required for a complete product. These manufacturing techniques are requested by the aeronautical sector, which requires very demanding quality values. Within these tests, the study of the behavior of the material through crack growth is of great importance. By means of this manufacturing technology, a product is obtained in an almost final state through the addition of layers of about 100 microns, which results in a preferential metallurgical grain orientation and different from the same alloy manufactured by conventional methods. The phenomena occurring during manufacturing can lead to defects such as cracks or porosities that can reduce the strength capabilities, so a study to predict the life of the component is important. Within the additive manufacturing processes we find the electron beam manufacturing which achieves material qualities with almost zero porosity. As a consequence, companies in the aeronautical or medical sector have concluded this technique as very reliable. The work developed in this thesis is based on the study of titanium alloys manufactured by electron beam additive manufacturing. More precisely, the work is focused on the fracture toughness behavior in order to relate it to the most relevant microstructural characteristics. The analyses carried out consider different orientations and positions that take place in the fabrication tray, performing both static and dynamic mechanical tests. A second part of the thesis is based on the application of the extended finite element method, XFEM, which is developed as an alternative to conventional finite element method. In XFEM a finite element approximation is constructed in such a way that it is able to represent functions within the elements. A critical point in the calculation process in the finite element method is the meshing process. The accuracy obtained in the approximation depends on the size of the elements of the mesh. Therefore, accurate computation at important points such as the near-crack zone requires the use of a mesh with a very small element size. With the XFEM technique, we achieve this accuracy by means of an enrichment process. The results provided by the XFEM tool are compared with those obtained experimentally with respect to components manufactured by 3D printing. This comparison is carried out on different geometries with the presence of holes, in such a way that it has been possible to predict the crack growth that takes place in 3D printed materials. In the same way, comparisons of parts with complex geometry are carried out to validate the developed model. / Niñerola González, R. (2022). Estudio del comportamiento por crecimiento de grieta de aleaciones fabricadas por adición mediante haz de electrones [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/183818