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Presentation Transcript

  1. Materiales Compuestos Ing. ElmarMikkelson Dto. Aeronáutica Fac. Ingeniería - U.N.L.P.

  2. Materiales Compuestos Presentación de los materiales compuestos • Gelcoat / Pinturas • Velo / Mat • Telas o refuerzos • Resinas • Pegamentos • Espumas o madera balsa Cálculo

  3. Empleo de materiales compuestos. Materiales Compuestos

  4. Materiales Compuestos Protección exterior. Gelcoat, distintas bases, poliester isoftálico, poliester ortoftálico, vinilester, epoxi. Poliuretánico. Pinturas, base epoxi o poliuretánicas. Resistencia a la radiación UV, abrasión, temperatura, color, terminación superficial, brillo u opacos, compatibilidad con el substrato, posibilidad de retrabajos, etc. Ejemplo: Gelcoat epoxi Gurit

  5. Materiales Compuestos Velo / Mat Capa exterior generalmente empleada para obtener una terminación superficial buena, dependiendo del uso o de la pieza a realizar pueden ser varias o de distinto tipo, generalmente siguen al gelcoat, se pueden emplear capas de mat como material de refuerzo en piezas no estructurales o de baja exigencia.

  6. Materiales Compuestos Telas o refuerzos • Amplia gama de materiales para elegir: • Carbono, alto o bajo módulo. • Kevlar • Vidrio E, varios sizings y marcas comerciales • Vidrio S • Diamante • Elección de la fibra de acuerdo a la pieza a realizar, posibilidades de manufactura, económicas, técnicas, disponibilidad de material, etc.

  7. Materiales Compuestos Telas o refuerzos

  8. Materiales Compuestos Telas o refuerzos

  9. Materiales Compuestos Telas o refuerzos

  10. Materiales Compuestos Telas o refuerzos

  11. Materiales Compuestos Telas o refuerzos Catálogo Saertex de telas de fibra de vidrio.

  12. Materiales Compuestos Telas o refuerzos Catálogo VectorPly de telas de fibra de carbono.

  13. Materiales Compuestos Telas o refuerzos

  14. Materiales Compuestos Telas o refuerzos

  15. Materiales Compuestos Telas o refuerzos

  16. Materiales Compuestos Telas o refuerzos

  17. Materiales Compuestos Telas o refuerzos Tipos de telas Valores de ensayo

  18. Materiales Compuestos Resinas Es la matriz que une las fibras, y la encargada de transmitir los esfuerzos entre las fibras, también las protege del medio. La naturaleza de la resina puede ser muy variada, normalmente se emplean tres, epoxies, poliésteres o vinilésteres. Hay otros tipos, como por ejemplo las fenólicas, pero ya son de empleo más específico.

  19. Materiales Compuestos Resinas Tipos de resinas Valores de ensayo

  20. Materiales Compuestos Resinas Valores de ensayo Valores de las diferentes resinas (U$D/lb) Valores de ensayo, compresión a distintas temperaturas, laminados DD (0/+-45/0)8, seco y húmedo. Valores del módulo 0°, tracción a distintas temperaturas, laminados DD (0/+-45/0)8, seco y húmedo.

  21. Materiales Compuestos Resinas Diagrama de ensayo de probetas de subconjunto a clivaje Tabla con valores de ensayo de subconjuntos a clivaje Probetas ensayadas de subconjunto a clivaje Valores de ensayo de subconjuntos a clivaje

  22. Materiales Compuestos Resinas Influencia en la resistencia a fatiga de la relación resina vidrio en laminados de fibra de vidrio Efecto de la matriz en la resistencia a fatiga en tracción dirección 0° (R=0.1) y carga alternada (R=-1), laminados [0/+-45/0]s, Vf = 0.34 – 0.36 Extremos de resistencia a fatiga en tracción dirección 0° (R=0.1), laminados de fibra de vidrio

  23. Materiales Compuestos Resinas Diagrama de Goodman normalizado para material unidireccional ensayado en la dirección longitudinal Diagrama de Goodman no normalizado para material unidireccional ensayado en la dirección transversal

  24. Materiales Compuestos Adhesivos

  25. Materiales Compuestos Adhesivos

  26. Materiales Compuestos Materiales de relleno

  27. Materiales Compuestos Materiales de relleno Materiales de relleno de honeycomb de aluminio

  28. Materiales Compuestos Materiales de relleno Fotos de la microestructura de la madera de balsa y honeycomb de Nomex

  29. Materiales Compuestos Cálculo Teorías de falla Falla de fibra FF Modos de falla de inter fibra IFF

  30. Materiales Compuestos Cálculo Teorías de falla Los primerios criterios de falla para láminas unidireccionales fueron sobre fallas globales. Estos criterios no distinguen los modos de falla, y son formulados como una ecuación matemática simple (en aquel entonces se contaba con una baja capacidad computacional), los cuales se pueden adaptar fácilmente a los resultados experimentales. Tales criterios son los de : Hoffmann Tsai-Hill Tsai-Wu

  31. Materiales Compuestos Cálculo Teorías de falla Observaciones de la física llevaron al desarrollo de criterios diferenciativos, los cuales distinguen entre falla de fibra (FF) y falla entre fibras(IFF). Se emplean diferentes formulaciones matemáticas para los diferentes el fenómenos físicos. Debido a que los efectos de los dos modos de falla y los métodos para evitarlos son completamente diferentes, es vital para el diseñador saber que tipo de falla está ocurriendo. Como ejemplo de tales criterios de falla tenemos a: Puck simple, Puck modificado y Hashin. Basado en modelos físicos, Puck desarrolló uno de los métodos diferenciativos más modernos para integrar las numerosas observaciones experimentales en una teoría. El criterio de plano de acción de Puck no solo distingue entre FF e IFF, también distingue entre tres tipos de modo de falla IFF.

  32. Materiales Compuestos Cálculo Teorías de falla Especialmente el fenómeno de falla oblicua IFF con s2 < 0 (Figura IFF: modo C) motivó a Puck a identificar el plano de la capa con el máximo esfuerzo como “plano de acción” y a transformar los cálculos de fractura para materiales frágiles en ese plano. Mientras que los modos de falla IFF A y B son a veces tolerables, el modo C puede llevar a una fallla completa de la pieza realizada en materiales compuestos. Si el ángulo del plano de fractura excede los 30° la forma de cuña de la fisura puede dañar las capas adyacentes del laminado y llevar a una falla explosiva del laminado completo. En la página siguiente se muestra una tabla en la que se listan las ecuaciones matemáticas para los diferentes modos de falla. Estas ecuaciones en conjunto definen una superficie cerrada tridimensional, la envolvente de falla, en el espacio de tensiones (s1,s2,t12).

  33. Materiales Compuestos Cálculo Teorías de falla

  34. Materiales Compuestos Cálculo Teorías de falla Envolvente de falla, en el espacio de tensiones (s1,s2,t12)

  35. Materiales Compuestos Cálculo Teorías de falla Ediferentesmodos de falla IFF en un plano(s2,t12), del espacio de tensiones (s1,s2,t12)

  36. Materiales Compuestos Cálculo Teorías de falla El ángulo de fractura para el modo C se puede calcular con la ecuación que se muestra a continuación. El ángulo del plano de fractura para los modos A y B es 0°. con Otra característica importante del criterio de plano de acción de Puck es la interacción entre las tensiones en la dirección de las fibras (s1) y transversal a la dirección de la fibras (s2, t12). Si s1 se acerca al límite de FF, las primeras fisuras de los filamentos causarán daño en la matriz circundante. Estas microfisuras en la matriz reducen el límite IFF de la capa, esto se traduce en una reducción de la envolvente de falla hacia el límite de FF.

  37. Materiales Compuestos ¿Preguntas? Muchas gracias por su atención.

  38. Materiales Compuestos

  39. Materiales Compuestos

  40. Materiales Compuestos