Un Estudio Experimental y Numérico del Ensayo de Compresión en Laminados Unidireccionales Epoxy/Carbono

García Alonso, Borja (2011). Un Estudio Experimental y Numérico del Ensayo de Compresión en Laminados Unidireccionales Epoxy/Carbono. Tesis (Master), E.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos (UPM).

Descripción

Título: Un Estudio Experimental y Numérico del Ensayo de Compresión en Laminados Unidireccionales Epoxy/Carbono
Autor/es:
  • García Alonso, Borja
Director/es:
  • González Martínez, Carlos
Tipo de Documento: Tesis (Master)
Título del máster: Ingeniería de las Estructuras, Cimentaciones y Materiales
Fecha: 2011
Materias:
Escuela: E.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos (UPM)
Departamento: Ingeniería de Materiales [hasta 2014]
Grupo Investigación UPM: Máster Universitario en Ingeniería de las Estructuras, Cimentaciones y Materiales
Licencias Creative Commons: Reconocimiento - Sin obra derivada - No comercial

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Resumen

El objetivo de este proyecto ha sido estudiar los ensayos de compresión de materiales compuestos con fibra de carbono / epoxy. A través de dos metodologías (llamadas ASTM y AECMA para diferenciarlas) basadas en útiles diferentes, se han realizado ensayos con probetas de CFRP para obtener valores de admisibles del material y posteriormente simulaciones numéricas con modelos FEM para intentar correlar resultados. Como se comentó al introducir este estudio, los ensayos de compresión de materiales compuestos presentan muchas dificultades a la hora de obtener resultados precisos y fiables. Esto ha quedado patente una vez realizados los ensayos, cuando se han comparado los resultados de éstos con los datos aportados por fabricantes y otros estudios similares: los resultados obtenidos han sido en torno a un 50% menores en el caso del ensayo bajo norma ASTM y en torno a un 60% en el caso del ensayo bajo norma AECMA. Sí que ha habido una correlación entre estos resultados y los extraídos de los análisis FEM, lo que ha servido para demostrar y localizar los problemas que surgen en este tipo de ensayos. Fundamentalmente, la imprecisión en los resultados respecto a los “teóricos” se debe a concentraciones de tensiones que se dan en la zona de unión entre el material ensayado y los tacones. Estas concentraciones de tensiones, a su vez, están originadas por estados tensionales triaxiales y por fenómenos locales de aplastamiento. Sobre las primeras, se sabe que este tipo de materiales presentan diferencias de un orden de magnitud o más entre sus propiedades elásticas longitudinales y transversales o normales. Es por ello que los estados tensionales triaxiales que se producen en la zona de unión material-tacón inducen a una rotura temprana de la probeta. En cuanto a las segundas, las cuñas de los útiles utilizados causan daños en los tacones que pueden originar grietas, fallos en el adhesivo, etc…, si bien éstos fenómenos no son tan importantes ni son motivo de estudio en este proyecto. Las optimizaciones realizadas a diversos parámetros de los dos tipos de ensayos reflejan la poca capacidad de mejora que tienen éstos. Como excepción, destacar el hecho de que introducir las cargas (o parte de ellas) a través de compresión directa desde el final de la probeta obtiene mejores resultados que la introducción de la carga por medio de cortadura en las superficies de los tacones. Por último, mediante ensayos con probetas multidireccionales, se han obtenido valores de resistencia a compresión similares a los que suministra el fabricante del material de las probetas unidireccionales estudiadas. La razón fundamental radica en que las láminas a +-45º y a 90º de las probetas multidireccionales permiten resistir los estados triaxiales generados en los ensayos y evitan o retrasan la rotura temprana de la probeta. Con el apoyo de la teoría clásica de laminados, basta un sencillo cálculo para obtener la resistencia de las láminas a 0º. Este método presentado no deja de ser algo “aproximado”, y en todo caso, para una precisión máxima en el cálculo de la resistencia a compresión longitudinal de materiales compuestos, el camino a seguir debe ser implementar los ensayos unidireccionales. Por lo tanto, se puede concluir que los ensayos de compresión de materiales compuestos con materiales unidireccionales tienen margen de mejora, tanto por el lado de optimizar los útiles y standards ya existentes, como por el lado de innovar nuevas metodologías de ensayo.

Más información

ID de Registro: 6298
Identificador DC: http://oa.upm.es/6298/
Identificador OAI: oai:oa.upm.es:6298
Depositado por: Archivo Digital UPM
Depositado el: 08 Mar 2011 08:15
Ultima Modificación: 30 Jul 2015 11:11
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