Examinando por Autor "Díaz, Francisco A."
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Ítem A higher order thermoelastic analysis of fatigue crack growth can assess crack tip shielding(Wiley, 2023-06-30) Camacho-Reyes, Alonso; Vasco-Olmo, José M.; James, M. Neil; Díaz, Francisco A.The present work uses a more accurate thermoelastic formulation than the classical equation, based on the inclusion of a higher order term, to analyze crack tip thermoelastic data. It is shown that this thermoelastic analysis (TSA) model can be fitted to the Christopher–James–Patterson crack tip field model and hence provides information on crack tip shielding. To validate the results of this analysis, stress intensity factors (SIFs) were compared with results obtained from digital image correlation (also fitted to the CJP model). A comparison was also made between these CJP-derived SIF values and those obtained using a purely elastic Irwin–Westergaard approach. A high level of agreement was observed between DIC and TSA results in assessing ΔKCJP that is the net result of the driving and the shielding forces on the crack tip. The ability to assess shielding using TSA is a significant step forward in its potential use in a more accurate characterization of crack tip fields.Ítem Characterization of non-planar crack tip displacement fields using a differential geometry approach in combination with 3D digital image correlation(Wiley, 2022-03-03) Camacho-Reyes, Alonso; Vasco-Olmo, José M.; James, M. Neil; Díaz, Francisco A.This paper describes a novel differential geometry method that is used in combination with 3D digital image correlation (3D-DIC) for crack tip field characterization on non-planar (curved) surfaces. The proposed approach allows any of the two-dimensional crack tip field models currently available in the literature to be extended to the analysis of a 3D developable surface with zero Gaussian curvature. The method was validated by analyzing the crack tip displacement fields on hollow thin-walled cylindrical specimens, manufactured from either 304L or 2024-T3 alloy that contained a central circumferential crack. The proposed approach was checked via a comparison between experimentally measured displacement fields (3D-DIC) and those reconstructed from a modified 2D crack tip model (utilizing either 2, 3, or 4 terms of the William's expansion series) and implementing a 3D geometrical correction. Further validation was provided by comparing model-derived stress intensity factors with values provided by empirical correlations.Ítem Comparative of conventional and alternative Digital Image Correlation techniques for 3D modal characterisation(Elsevier, 2020-02-01) Molina-Viedma, Ángel; Felipe-Sese, Luis; Lopez-Alba, Elias; Díaz, Francisco A.The integration of Fringe Projection and 2D-DIC is a low-cost optical technique which employs a single camera for full-field 3D displacement measurements using RGB colour encoding to filter coexisting fringe and speckle patterns out from a single image. In this work, this technique was explored together with conventional 3D-DIC for challenging modal analysis on a large aeronautical panel under random excitation. Modal identification was performed using the Least-Squares Complex Exponential approach. Multiple degree-of-freedom methods have been avoided in previous works or just employed in one direction due to high memory requirements to process 3D full-field data. In this work, the 3D modal characterisation was addressed with especial mention to mode shapes. Hardware limitations makes FP + DIC less sensitive than 3D-DIC and hence more suitable for lower frequencies. Nevertheless, the obtained modal parameters showed high agreement and hence FP + DIC demonstrated to be a cost-effective alternative for 3D modal analyses.Ítem Comportamiento a flexión de probetas de yeso reforzadas con fibras poliméricas procedentes de procesos de reciclado(2021-06) Castilla-Gonzalo, Francisco J.; Suárez Guerra, Fernando; Felipe-Sesé, Luis A.; Díaz, Francisco A.El yeso es un material de construcción ampliamente utilizado como revestimiento interior, cuya industria ha desarrollado durante las últimas décadas nuevas soluciones como los paneles sándwich de yeso laminado o las placas de yeso reforzado con fibras de celulosa. Por otro lado, la adición de fibras poliméricas como refuerzo de matrices cuasifrágiles ha experimentado en los últimos años un gran impulso en el campo del hormigón estructural. En esta contribución se estudia la posibilidad de reforzar elementos de yeso con fibras poliméricas procedentes de procesos de reciclado, con el fin de comprobar si esta solución puede mejorar las propiedades mecánicas del yeso y contribuir a reducir el problema de los residuos plásticos, que supone una gran amenaza para el medioambiente. Las propiedades mecánicas se estudiaron mediante ensayos de flexión en tres puntos con probetas prismáticas y ensayos de compresión con probetas cúbicas. Además, se empleó un sistema de correlación digital de imágenes (DIC) que permite medir la evolución de la apertura de la fisura (CMOD) y, lo que es probablemente más importante, para evaluar su comportamiento, obteniendo mapas de deformaciones de campo completo que ayuden a entender cómo contribuyen los distintos tipos de fibras a la disipación de energía durante la propagación del daño.Ítem Comportamiento a fractura de yeso con adición de fibras poliméricas(2019-04) Suárez-Guerra, Fernando; Felipe-Sesé, Luis; Díaz, Francisco A.; Gálvez-Ruíz, Jaime Carlos; García-Alberti, MarcosEl yeso es un material de construcción ampliamente utilizado como revestimiento interior en edificios por su bajo coste, manejabilidad y propiedades de habitabilidad (aislamiento acústico y térmico, aspecto estético, etc.). La industria del yeso ha ido buscando nuevos usos, fruto de lo cual, entre otros, han surgido los paneles sándwich de yeso laminado o las placas de yeso reforzado con fibras de celulosa, que mejoran considerablemente sus propiedades mecánicas. Por otro lado, el uso de fibras poliméricas ha dado recientemente interesantes resultados en hormigón, proporcionando buenas propiedades dúctiles a las mezclas y dotándolas de una importante capacidad resistente frente a esfuerzos de tracción. En el presente estudio se analiza el comportamiento a fractura de mezclas de yeso con adiciones de distintos tipos de fibras poliméricas, en particular microfibras de polipropileno y macrofibras de poliolefina. Para ello se realizaron ensayos de flexión en tres puntos con probetas prismáticas entalladas. Además, el uso de un sistema de correlación digital de imágenes (DIC) permite medir la evolución de la apertura de la fisura (CMOD) y, lo que es más innovador e importante para evaluar su comportamiento, obtener mapas completos de deformaciones que ayuden a entender cómo contribuyen los distintos tipos de fibras a la disipación de energía durante la propagación del daño.Ítem Estudio de la influencia de la adición de fibras en la rotura en modo II de matrices cuasifrágiles(2021-06) Suárez Guerra, Fernando; Felipe-Sesé, Luis; Castilla-Gonzalo, Francisco J.; Díaz, Francisco A.La rotura de materiales cuasifrágiles, tales como el hormigón o el yeso, ha sido objeto de estudio desde hace décadas. Estos estudios han ampliado el conocimiento de los mecanismos de rotura así como de los parámetros que gobiernan este fenómeno y han permitido proponer modelos numéricos que lo reproducen mediante herramientas tales como el método de los elementos finitos. Por otro lado, de los tres posibles modos de rotura que se diferencian a la hora de analizar problemas de Mecánica de la Fractura, el modo I es sin duda el mejor conocido, reproducido experimentalmente y empleado como base para los modelos numéricos. No obstante, existen situaciones en las que la rotura es el resultado de un estado de tensiones que moviliza un mecanismo en el que participan los modos I y II simultáneamente. A este respecto, la rotura en modo II ha sido estudiada con menos profundidad, en parte porque las roturas en modo I son más habituales, pero también porque su reproducción experimental y, por tanto, su estudio, resulta más complejo.En este estudio se presentan resultados experimentales de ensayos que movilizan la rotura en modo II en probetas de yeso adicionadas con fibras de refuerzo. En concreto se emplean el ensayo de cortante definido por la norma japonesa JSCE y el ensayo de push-off, que en los últimos años está permitiendo estudiar este modo de rotura en el hormigón adicionado con fibras. El campo de desplazamientos se obtiene empleando la técnica de correlación digital de imágenes (DIC), lo cual ayuda a entender cómo las fibras modifican los mecanismos de rotura de la matriz cuando ésta se produce en condiciones de modo II.Ítem Experimental evaluation of effective stress intensity factor using thermoelastic stress analysis and digital image correlation(Elsevier, 2020-02-25) Díaz, Francisco A.; Vasco-Olmo, José M.; López Alba, Elías; Felipe-Sesé, Luis A.; Molina-Viedma, Ángel J.; Nowell, DavidDuring the last decades, the debate over the mechanisms governing fatigue crack shielding has been mainly focused on demonstrating the existence of fatigue crack closure and the difficulties on quantifying the induced stress during crack propagation. Hence, most adopted experimental methods have been based on the direct or indirect measurement of contact loads between crack surfaces as the crack starts closing. Nevertheless, these methods depend on many factors sometime difficult to control, which has contributed to question their reliability by many authors. For this reason, two modern well established, full-field, non-contact experimental techniques, namely Thermoelastic Stress Analysis (TSA) and 2D Digital Image Correlation (2D-DIC), have been analysed to evaluate the influence of crack shielding during fatigue experiments conducted on two aluminium alloys (Al2024-T3 and Al7050) tested at different stress ratios. In the particular case of TSA, the technique appears to have a great potential in the evaluation of fatigue crack shielding since crack tip events are inferred directly from the temperature changes occurring at the crack tip rather than from remote data. Experimental data from both techniques have been employed in combination with two different mathematical models based on Muskhelishvili’s complex potentials to infer the effective range of stress intensity factor. Results from both techniques agree quite well, showing a variation in the stress intensity factor range as the R-ratio changes from 0.1 to 0.5 and illustrating the potential ability of both techniques to account for the shielding effect due to crack closure.Ítem FP+DIC for low-cost 3D full-field experimental modal analysis in industrial components(ELSEVIER, 2019-04-07) Felipe-Sesé, Luis; Molina-Viedma, Ángel J.; López-Alba, Elías; Díaz, Francisco A.High Speed 3D Digital Image Correlation has reached notorious popularity in dynamic characterisations because of the full-field non-invasive performance. It is being especially relevant for experimental modal analysis due to the importance of the modal parameters to define the dynamic behaviour. However, the economic cost of a stereoscopic system of two high speed cameras is a main concern regarding traditional instrumentations. In the search for low-cost alternatives, different methodologies have arisen that employ a single camera for 3D measurements. One approach consists in obtaining a stereo-vision in a single image using, for instance, a mirror system. These approaches involve important field of-view restrictions. An interesting approach employs the full resolution by combining Fringe Projection and 2D-DIC for out-of-plane and in-plane displacements, respectively. In this study, this technique is explored to perform experimental modal analysis in a large non-flat aeronautical panel. The validation of the results has been performed using accelerometer measurements during an impact hammer test. The results of the study stand this technique as an attractive low-cost technique for 3D full-field modal characterisations of complex componentsÍtem Parametrización mecánica de materiales para impresión 3D(2018-09) Felipe Sesé, Luis; Suárez Guerra, Fernando; López-Alba, Elías; Díaz, Francisco A.La impresión en 3D es en la actualidad una técnica de fabricación de piezas cada vez más popular y cuyo uso se está extendiendo progresivamente a un mayor número de campos de aplicación. Una de las tecnologías de impresión en 3D más popular es la Fabricación por Fusión de Filamento (FFF) , que es la que se emplea en el presente estudio. Cuando se precisa que las piezas fabricadas posean unas ciertas capacidades resistentes, resulta fundamental conocer sus características mecánicas y, por el propio método de fabricación, las probetas producidas mediante FFF presentan direcciones con propiedades mecánicas claramente diferenciadas. En este estudio se realiza una caracterización mecánica sobre probetas fabricadas con dos de los materiales más habituales cuando se emplea esta tecnología, PLA y ABS. Se estudian sus propiedades mecánicas mediante el ensayo de tracción para dos direcciones de impresión diferentes (paralela y perpendicular a la dirección de la carga) y se comparan los resultados con simulaciones numéricas realizadas en ABAQUS empleando modelos de material habituales en el campo de los materiales compuestos. Se observa que la previsible anisotropía del material no resulta notable en régimen elástico, aunque el comportamiento en rotura sí muestra claras diferencias entre probetas con distinta orientación de impresión.Ítem Towards a new methodology for the characterisation of crack tip fields based on a hybrid computational approach.(Elsevier, 2022-04-22) Camacho-Reyes, Alonso; Vasco-Olmo, José M.; James, M. Neil; Díaz, Francisco A.This work presents a hybrid optimisation technique for the simultaneous calculation of crack tip characterising parameters and its spatial location, which can significantly affect the characterising parameters if the position used is inaccurate. The hybrid technique combines initial use of a genetic algorithm to obtain a well-conditioned set of initial parameter values that is then passed to an interior point optimisation algorithm for subsequent fast optimisation. Use of the hybrid technique is also amenable to easy automation. The capability of the technique is demonstrated using the CJP crack tip field model, with digital image correlation (DIC) being used to measure the 2D crack tip displacement field. This model was chosen, not only for its demonstrated sensitivity to accuracy in crack tip location, but also for its proven utility in providing effective crack growth correlation in the presence of plasticity-induced shielding across a wide range of growth rates. The results obtained from the hybrid technique are shown to be reliable through comparison with results obtained using other established techniques.