Impacto

ESTRUCTURAS SOMETIDAS A IMPACTO



Resumen.– Los fen´menos de impacto sobre las estructuras constituyen solicitaciones din´micas de inter´s especial, o a e ya que aunque por lo general su probabilidad es m´s baja que otros tipos de acciones, su efecto es potencialmente a catastr´fico. o El an´lisis exige a menudo procedimientos de c´lculo distintos a los de otras solicitaciones din´micas m´scomunes a a a a en la din´mica estructural. Salvo para los impactos a muy baja velocidad, es frecuente un comportamiento no lineal a acusado de la estructura, con grandes desplazamientos y deformaciones, respuesta no lineal del material con posible rotura local, y efectos de interacci´n complejos en los contactos. A medida que la velocidad del impacto es mayor, o adquieren relevancia los fen´menosde transmisi´n de ondas de tensi´n o incluso de ondas de choque. o o o En este trabajo se discuten en primer lugar los fen´menos din´micos impulsivos, analizando los distintos tipos de o a impacto. A continuaci´n se describe de forma sucinta el comportamiento de los materiales, diferenciando los distintos o tipos de fallo o rotura. Salvo para los problemas m´s triviales, el c´lculo no es posiblemediante procedimientos anal´ a a ıticos y suele ser necesario emplear m´todos num´ricos basados en la discretizaci´n del espacio y del tiempo. La parte espacial se e e o suele resolver mediante mallas de elementos finitos. Generalmente son preferibles las mallas Lagrangianas, ligadas al material, por su mejor capacidad para resolver los fen´menos de contorno como los contactos. La aplicaci´n de lao o discretizaci´n espacial da lugar a un sistema de ecuaciones diferenciales ordinarias que debe resolverse num´ricamente o e mediante integraci´n directa en el tiempo, empleando procedimientos expl´ o ıcitos o impl´ ıcitos. Se citan adicionalmente los nuevos procedimientos conservativos energ´ ıa-momento que en ocasiones pueden aportar importantes ventajas. Por ultimo, se describen diversasaplicaciones que ilustran los fen´menos anteriormente descritos en diversas ´ o situaciones pr´cticas. a

1

1. 1.1.

´ FENOMENOS DE IMPACTO Introducci´n o

Los impactos sobre las estructuras son solicitaciones din´micas de corta duraci´n e intensidad elevada que, por a o su naturaleza, pueden producir da˜os importantes sobre las mismas, o alteraciones notables en su estabilidad o nmovimiento. Dentro de los procedimientos cl´sicos de la mec´nica de sistemas r´ a a ıgidos [14], el impacto se estudia mediante la teor´ de impulsiones, por la que la duraci´n de los impactos se considera instant´nea. Las impulsiones te´ricas est´n ıa o a o a asociadas a fuerzas impulsivas de magnitud te´ricamente infinita, mediante funciones Delta de Dirac δ(t − τ ), que o ıa o cumplen δ(x) = 0 ∀x = 0 y l´x→0 δ(x) = ∞. En esta teor´ se aplica la conservaci´n de cantidad de movimiento ım y momento cin´tico, mientras que el balance de energ´ se tiene en cuenta mediante el denominado coeficiente e ıa de restituci´n. Otra simplificaci´n generalmente empleada es la de la simultaneidad de las impulsiones, ya que o o generalmente una impulsi´n activa da lugar a otras impulsiones reactivas. o Endefinitiva, la teor´ de impulsiones permite calcular un estado del movimiento despu´s de la impulsi´n que ıa e o deber´ ser considerado como unas nuevas condiciones iniciales para la din´mica del sistema a partir de dicho instante. a a En ciertos casos, los fen´menos de impacto sobre las estructuras pueden estudiarse mediante este tipo de teor´ Esta o ıas. ser´ la situaci´n de un impacto de corta duraci´n enel que la p´rdida de energ´ fuese peque˜a y pudiera considerarse ıa o o e ıa n el´stico (coeficiente de restituci´n e = 1), o bien en un fen´meno en que, existiendo una cierta p´rdida energ´tica, a o o e e se conozca de manera adecuada dicho coeficiente (0 < e < 1). En [5] puede encontrarse una descripci´n de estos o procedimientos y su aplicaci´n a diversas situaciones pr´cticas. o a Sin...