Comparación del comportamiento a flexión con deflexión contenida de placas compuestas de matriz epoxi en función de la fibra de refuerzo

Comparison of the bending behavior with restrained deflection of epoxy matrix composite plates as a function of the reinforcement fiber

Se sometieron a ensayos de flexión placas delgadas de compuestos de matriz de resina epoxi reforzados con fibras de vidrio, carbono y aramida, así como una placa de un compuesto híbrido de vidrio y aramida. Las probetas se fijaron para realizar los ensayos en condiciones restringidas de flexión. Los resultados experimentales de la deflexión máxima concordaron cualitativamente con el método Ritz de balance energético. Los compuestos reforzados con fibra de carbono mostraron los valores más altos para la energía de iniciación y para la fuerza máxima. Ambos resultados se atribuyeron a las elevadas propiedades intrínsecas de las fibras de carbono. Las propiedades específicas del compuesto híbrido fueron superiores a las de los compuestos reforzados con vidrio o aramida. Este efecto sinérgico es indicativo de un compuesto híbrido correctamente diseñado. El modo de fallo macroscópico de todos los compuestos fue similar. En la cara frontal, la interacción entre el compuesto y el penetrador siguió el comportamiento de la Ley de Hertz. En la cara posterior se produjo preferentemente delaminación.

INTRODUCCIÓN

Los materiales compuestos de matriz polimérica reforzados con fibras de vidrio, carbono o aramida se utilizan en diversos sectores industriales, incluyendo la aeronáutica, la construcción y los productos deportivos. Estos materiales combinan la alta resistencia de las fibras con la baja densidad de la matriz polimérica, lo que los hace particularmente útiles cuando la masa de una estructura o componente es un aspecto crítico del proyecto. En muchos casos, estos compuestos superan en rendimiento a los materiales de ingeniería tradicionales, como las aleaciones de aluminio.

En la industria aeronáutica, por ejemplo, muchos componentes de aviones de pasajeros modernos y aviones de combate supersónicos están fabricados con estos materiales compuestos. Dada la ortotropía de estos compuestos, es esencial caracterizar plenamente sus propiedades fundamentales, como el módulo de Young. Sin embargo, además de las propiedades determinadas en ensayos normalizados con probetas, a menudo es necesario evaluar el comportamiento del componente con sus dimensiones reales o simular las condiciones de contorno que el material encontrará en servicio. 

Las restricciones a la deformación impuestas por la estructura pueden afectar el rendimiento del material. Las restricciones a la deformación impuestas por la estructura pueden afectar el rendimiento del material. En este contexto, se ha realizado un análisis comparativo del comportamiento en flexión de los materiales compuestos en forma de placa delgada en posiciones no estructurales del fuselaje del avión, teniendo en cuenta las restricciones de deformación.