Effective Flexural Modulus of Bars Containing Cellular-Material Layer, and the Use of this Modulus for Determining the Effective Elastic Modulus of a Cellular Material

Módulo de flexión efectivo de barras que contienen una capa de material celular y uso de este módulo para determinar el módulo elástico efectivo de un material celular

Se prepararon muestras rectangulares en forma de sándwich consistentes en un núcleo de material celular entre dos capas de material estándar. Los materiales celulares estaban formados por esferas huecas tanto de hierro como de bronce. Utilizando estas probetas y el método de ensayo basado en vibraciones de flexión, se observaron las diferencias esperadas en los valores del módulo efectivo determinados mediante vibraciones paralelas y perpendiculares a las capas. Mediante estudios metalográficos se obtuvo información sobre la distribución del material en toda la sección transversal de la barra. Para evaluar los valores del módulo de Young efectivo del material de las capas particulares que constituyen la muestra se utilizaron el grosor de las capas particulares, los valores medidos del módulo de flexión efectivo "paralelo" y "perpendicular" y las expresiones derivadas para la rigidez a la flexión de las barras casi estratificadas. Se encontró una concordancia razonable entre los resultados obtenidos para varias muestras.

INTRODUCCIÓN

Los sólidos celulares [1] (un conjunto de celdas con aristas y/o caras sólidas, empaquetadas de manera que llenan el espacio) representan materiales que se desarrollan, mejoran e investigan en el marco de la búsqueda de nuevos materiales estructurales ligeros. En cuanto a la aplicación prospectiva, es deseable conocer las características elásticas de los sólidos celulares, aun cuando en la actualidad su uso principal no es mecánico (filtros, aislamiento térmico, absorción de energía, etc.). Las mediciones directas de las propiedades elásticas en muestras casi homogéneas hechas de material celular solo suelen ser complicadas o incluso imposibles, ya que la respuesta detectable de la muestra suele ir acompañada de la deformación plástica del propio material. Para evitar complicaciones similares, se necesitan métodos y enfoques más sofisticados.

En esta contribución se presta atención a la determinación de los valores del módulo elástico efectivo por medio de vibraciones de flexión de probetas estratificadas. Cuando la barra experimenta vibración de flexión, los valores máximos de tensión ocurren cerca de las superficies que son perpendiculares al plano de flexión de la barra. Cerca del centro de la varilla, la tensión es mucho menor [2, 3].