Estudio del efecto de los escalones superficiales en la nanoindentación del cobre

Abstract

En esta memoria se pretende recoger los resultados obtenidos en las simulaciones numéricas de nanoindentación realizadas durante el proyecto de final del Máster de Ciencia e Ingeniería de materiales, realizado en la UPC. El proyecto tiene como objetivo ampliar el conocimiento actual en el efecto de la rugosidad superficial en los mecanismos de deformación. Entre las distintas metodologías de estudio, las técnicas de nanoindentación junto a las herramientas de simulación computacional se han convertido en una herramienta fundamental para ampliar el espectro de entendimiento en fenómenos de deformación. Por este motivo, en este proyecto se ha escogido realizar simulaciones de nanoindentación con modelos de simulación de elementos finitos (FEM) y con modelos de simulación de dinámica molecular (MD). De esta forma, la información obtenida permite comparar el efecto de la herramienta numérica junto a los efectos superficiales. Con el fin de poder estudiar el efecto superficial, se ha modelado en la superficie un escalón con una altura que equivaldría a un escalón atómico. Esta distorsión superficial permite un efecto representativo de la rugosidad superficial de los materiales normalmente ensayados por nanoindentación. En la primera parte de la memoria se introducirán los conceptos básicos de ciencia de materiales y los fundamentos necesarios para comprender los mecanismos de deformación que se discutirán en el resto de memoria. Seguidamente se describirán los modelos utilizados junto con el tipo de análisis realizado. Durante la última parte del proyecto se comparan los modelos, detectando las diferencias y razonando las posibles causas basadas en los fenómenos de deformación conocidos. Los resultados obtenidos con los diferentes modelos muestran diferencias significativas según la estrategia usada. Los valores obtenidos con el modelo de simulación FEM son fácilmente comparable con el modelo MD cuando se trabaja sin escalón. En los modelos simulados con escalón se puede identificar plasticidad incipiente temprana en los modelos MD, difícilmente detectada en los modelos FEM donde solo se puede identificar el sistema de deslizamiento activado.