Simulation of damage phenomena in metamaterials = Simulación de fenómenos de daño para metamateriales

Resumen

Los metamateriales se generan a partir de una red interrelacionada de celdas (caracterizadas por su geometría y conectividad) y pueden presentar un comportamiento a nivel macroscópico que difiere del que caracteriza a sus constituyentes más elementales. La modelización de la influencia que el daño y fractura de los elementos constituyentes tienen en las propiedades macroscópicas del metamaterial es de relevancia para su estudio mecánico. Alterando el comportamiento resistente a nivel elemento (variando su módulo elástico longitudinal), es posible aproximar el efecto del daño en la estructura completa. Es decir, se considera válida la sustitución del proceso de dañado y deformación plástica por una serie de estados intermedios contenidos en el régimen elástico lineal. En estos estados, la geometría del elemento permanece inalterada, y cada uno de ellos queda caracterizado por un valor del módulo elástico. En un proceso iterativo, los elementos que soportan tensiones superiores a las impuestas como fronteras, progresan a través de los diferentes estados, disminuyendo su módulo elástico, hasta que se consideran rotos y son eliminados de la estructura, pudiéndose alcanzar el colapso de la propia estructura. Al calcular, se desprecian los efectos másicos y se parte de un estado libre de tensiones residuales en cada iteración. Se presenta un algoritmo sencillo para simular el efecto del daño en estructuras de metamaterial, aplicable a cualquier programa de elementos finitos.