Efectos de impactos repetitivos de baja energía en materiales compuestos pultrusionados

Effects of low energy repetitive impacts in pultruded composites

Se pueden producir daños en materiales compuestos de polímeros sometidos a eventos de impacto de baja energía. El efecto acumulativo de tales impactos repetitivos podría finalmente causar el fallo de la estructura. En este trabajo dos materiales compuestos pultrusionados fueron sometidos a ensayos de caída de peso. Los resultados obtenidos se evaluaron en función de la distribución de fibras en los composites. También se demostró que la presencia de una capa rica en resina en uno de los composites reduce fuertemente el rendimiento de este composite. Este comportamiento se asoció al desarrollo de grietas en la capa rica en resina. El número de impactos repetidos, la duración del impacto y la forma de la zona dañada se correlacionaron con la presencia, o la ausencia, de la capa rica en resina. Los resultados obtenidos muestran también que la diferencia entre las microestructuras de los perfiles pultrusionados analizados es más significativa cuando se realizaron ensayos de impacto de baja energía (altura de caída : 0,5 m). En los ensayos realizados con una energía de impacto más elevada (altura de caída: 1 m), la microestructura sólo desempeña un papel secundario.

INTRODUCCIÓN

Los materiales compuestos de matriz polimérica reforzados con fibras se utilizan actualmente de forma generalizada en la industria[1,2]. Las ventajas de estos materiales son su baja densidad, r, y su elevada resistencia mecánica, s, y rigidez, E[3]. Como tales, estos materiales se utilizan ampliamente en las industrias de automoción y aeroespacial, donde son esenciales unas propiedades específicas elevadas, es decir, unas relaciones s/r y E/r elevadas[3]. En la industria aeroespacial, en particular, el uso de materiales compuestos de matriz polimérica abarca desde elementos estructurales, como el empenaje vertical de los grandes aviones comerciales, hasta estructuras secundarias, como los paneles de recubrimiento de las alas de los aviones[1,4-6].

Un problema práctico al que están sometidos los materiales compuestos, y que es extremadamente importante para el comportamiento seguro de estos materiales en las diversas aplicaciones en las que se utilizan, está relacionado con los daños producidos por impactos de baja energía[7-10]. En estos eventos, el material compuesto puede presentarse sin defectos externos y, por lo tanto, cualquier daño estructural causado por el impacto puede pasar desapercibido. Un ejemplo típico de impactos de baja energía sobre una estructura de material compuesto son los guijarros lanzados por las ruedas de un avión sobre su fuselaje durante las operaciones de aterrizaje, despegue y rodaje. El material sometido a impactos repetidos de baja energía puede acabar fallando en servicio, aunque su aspecto exterior no se vea seriamente comprometido. Este mismo problema se da en otras aplicaciones industriales, como las barandillas que forman gran parte de los suelos de las plataformas petrolíferas y que están sometidas a frecuentes caídas de herramientas y otros objetos más pesados.