Static Compression and Resonance Vibration Tests on Cellular Materials G

Ensayos de compresión estática y vibración de resonancia en materiales celulares G

Las probetas cilíndricas y en forma de barra se prepararon mediante sinterización por gravedad a partir de esferas huecas de Cu-Sn. En estas muestras se realizaron tanto ensayos de compresión estática como mediciones de las frecuencias de resonancia. Las curvas de tensión-deformación en compresión revelaron los rasgos característicos de un sólido celular dúctil de célula cerrada. La eliminación de la porosidad abierta en general entre las esferas huecas metálicas cerradas poco compactas se reconoció como el modo principal de deformación plástica. Los módulos de elasticidad efectivos aproximados se determinaron para los materiales celulares considerados mediante las mediciones de las frecuencias de resonancia en probetas con forma de varilla.

INTRODUCCIÓN

Las espumas metálicas y los sólidos celulares representan una clase relativamente nueva de materiales con perspectivas de aplicación en estructuras ligeras, en la gestión acústica y térmica, en piezas que absorben energía, etc. El uso eficiente de estos materiales avanzados requiere información detallada sobre su comportamiento mecánico, incluso cuando su uso principal no está vinculado a la carga mecánica (por ejemplo, aislamiento térmico, filtros, etc.). El rasgo más característico de los materiales mencionados es su baja densidad. El gran volumen de poros minimiza la sección transversal de carga. En consecuencia, las espumas y los sólidos celulares no suelen soportar fuerzas de tracción elevadas. Por ello, los experimentos mecánicos se realizan principalmente en cargas de compresión y flexión.

Cuando se comprime una espuma o un sólido celular, la curva tensión-deformación muestra un comportamiento bastante estándar, independientemente del material del que estén hechas las muestras [1-3]. Existen tres regiones distintas en estas curvas:

1) aumento lineal cuasi-elástico de la tensión para una compresión pequeña,

2) región en forma de meseta caracterizada por una pendiente pequeña o incluso nula de la curva tensión-deformación,

3) región de densificación con aumento rápido de la tensión. El aumento lineal cuasielástico está controlado por la flexión de la pared celular y el estiramiento de la cara celular.

La región en forma de meseta está asociada al colapso de las células. Existen varios modos de colapso celular: pandeo elástico, deformación plástica o aplastamiento frágil de las paredes celulares, dependiendo de las propiedades del material del que estén hechas las muestras. La forma detallada de la región en forma de meseta depende del modo concreto de colapso celular.