Este trabajo surge a raíz de una necesidad del CIEFMA (Centre d’Integritat Estructural y Fiabilitat dels Materials), que es un centro de investigación de la Xarxa IT y que pertenece al Departamento de CMEM de la Universitat Politècnica de Catalunya. Este centro se propone evaluar si el uso de los elementos finitos para la realización de los estudios puede ser adaptado a su método de trabajo ya que, atendiendo a una estrecha relación del Centro con la Industria, los equipos de análisis del laboratorio se suelen utilizar e inmovilizar durante largos periodos para la realización de ensayos de carácter industrial, impidiendo su uso para otras tareas puras de investigación. Por otro lado, los análisis que se están llevando a cabo actualmente se realizan con un instrumental que condiciona en gran medida las dimensiones del material a ensayar por lo que se decide también diseñar y fabricar un utillaje de ensayo nuevo y modular que permita de un modo rápido y preciso cambiar algunos componentes y permitir así utilizar muestras de distintos tamaños y grosores, es decir, flexibilizar los ensayos y no tener que ajustarse siempre a unas muestras de ensayo de dimensiones fijas que no siempre son sencillas de obtener y cuyas dimensiones pueden variar según el proveedor, el método de preparación o la normativa a aplicar. Por las razones antes expuestas, surgió la idea de realizar el presente proyecto, pudiendo ser el punto de partida a la creación futura de un laboratorio completo de ensayos virtual mediante el desarrollo de estudios similares a otros tipos de ensayos que actualmente se realizan siempre en modo destructivo. Concretando, podríamos enumerar como principales objetivos de este proyecto los siguientes: • Diseñar y fabricar un útil de ensayo nuevo, versátil y válido para realizar ensayos de fractura biaxial. • Realizar, en paralelo, una simulación de los mismos ensayos mediante el uso de los elementos finitos. • Comparando los dos anteriores, validar el uso de los elementos finitos para realizar previsiones sin tener que invertir esfuerzos mucho más costos mediante ensayos destructivos.

La caracterización mecánica de los materiales requiere de la realización de ensayos mecánicos, generalmente con protocolos establecidos y normalizados, a fin de determinar los parámetros que permitan la valoración de su idoneidad para las aplicaciones en servicio en que puedan ser utilizados. Estos ensayos, generalmente destructivos, requieren de la utilización de probetas (muestras de material con formas y tamaños establecidos en las normas), de máquinas de ensayos (más o menos complejas, pero que siempre requieren de personal técnico, de calibraciones y de consumos de energía, tanto mayores cuanto más elevada sea su potencia) y de software específico que “traduzca” los impulsos recogidos por la máquina en función de la respuesta del material (deformación, fisuración, ruptura, energía absorbida, etc.). En función de las características del material, se requiere uno u otro tipo de ensayo normalizado. En el caso de los materiales cerámicos, atendiendo a su naturaleza frágil, suelen realizarse ensayos de flexión (por 3 ó 4 puntos) que permiten evaluar la resistencia y la tenacidad bajo la acción de distintos estados de tensión. En las últimas décadas, los avances en software y hardware y la disminución de costes de los equipos informáticos, han favorecido la implementación de procesos de simulación que, en ocasiones, permiten realizar estimaciones aceptables de comportamiento de materiales, evitando la realización de numerosos ensayos y con el consecuente ahorro de material, equipos y consumo de recursos. Este es el punto de partida de este TFC, en el que se ha estudiado, experimental y mediante el método de los elementos finitos, la resistencia mecánica de discos delgados de un material cerámico de nueva generación (Y-TZP), sometidos a ensayos de flexión por 3 puntos. Para el estudio experimental en laboratorio, se ha diseñado y fabricado un sistema nuevo de sujeción de las probetas para realizar los ensayos de flexión y se han comparado los resultados proporcionados por el ensayo real con los del ensayo simulado mediante elementos finitos, a fin de determinar la bondad de la técnica virtual. En referencia a la validación de la mordaza diseñada, los resultados experimentales obtenidos utilizando el nuevo útil de ensayo, confirman su validez para la realización de ensayos de flexión biaxial, comparando los resultados del ensayo actual con los obtenidos en estudios previos con muestras similares y con un útil validado pero, a diferencia del nuevo, no diseñado para poder ser utilizado con muestras o componentes diferentes y así flexibilizar su uso. Por otro lado, los resultados obtenidos mediante la técnica virtual de los elementos finitos demuestran que, si bien los valores numéricos obtenidos mediante el ensayo virtual no han coincidido exactamente con aquellos obtenidos en laboratorio, el resultado se puede considerar lo bastante bueno como para establecer una primera aproximación para caracterizar mecánicamente el material de ensayo mediante el uso de los elementos finitos y reducir drásticamente los costes y el tiempo de preparación de muestras para ensayos reales.