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Materiales Compuestos. Ing. Elmar Mikkelson Dto. Aeronáutica Fac . Ingeniería - U.N.L.P. . Materiales Compuestos. Presentación de los materiales c ompuestos. Gelcoat / Pinturas Velo / Mat Telas o refuerzos Resinas Pegamentos Espumas o madera balsa Cálculo.

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Presentation Transcript
materiales compuestos

Materiales Compuestos

Ing. ElmarMikkelson

Dto. Aeronáutica

Fac. Ingeniería - U.N.L.P.

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Materiales Compuestos

Presentación de los materiales compuestos

  • Gelcoat / Pinturas
  • Velo / Mat
  • Telas o refuerzos
  • Resinas
  • Pegamentos
  • Espumas o madera balsa

Cálculo

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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

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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.

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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.
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Materiales Compuestos

Telas o refuerzos

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Materiales Compuestos

Telas o refuerzos

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Materiales Compuestos

Telas o refuerzos

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Materiales Compuestos

Telas o refuerzos

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Materiales Compuestos

Telas o refuerzos

Catálogo Saertex de telas de fibra de vidrio.

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Materiales Compuestos

Telas o refuerzos

Catálogo VectorPly de telas de fibra de carbono.

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Materiales Compuestos

Telas o refuerzos

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Materiales Compuestos

Telas o refuerzos

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Materiales Compuestos

Telas o refuerzos

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Materiales Compuestos

Telas o refuerzos

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Materiales Compuestos

Telas o refuerzos

Tipos de telas

Valores de ensayo

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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.

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Materiales Compuestos

Resinas

Tipos de resinas

Valores de ensayo

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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.

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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

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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

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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

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Materiales Compuestos

Materiales de relleno

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Materiales Compuestos

Materiales de relleno

Materiales de relleno de honeycomb de aluminio

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Materiales Compuestos

Materiales de relleno

Fotos de la microestructura de la madera de balsa y honeycomb de Nomex

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Materiales Compuestos

Cálculo

Teorías de falla

Falla de fibra FF

Modos de falla de inter fibra IFF

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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

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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.

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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).

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Materiales Compuestos

Cálculo

Teorías de falla

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Materiales Compuestos

Cálculo

Teorías de falla

Envolvente de falla, en el espacio de tensiones (s1,s2,t12)

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Cálculo

Teorías de falla

Ediferentesmodos de falla IFF en un plano(s2,t12), del espacio de tensiones (s1,s2,t12)

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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.

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Materiales Compuestos

¿Preguntas?

Muchas gracias por su atención.