Resistencia a la fractura dinámica translaminar de laminados compuestos de grado aeronáutico fabricados con fibra de carbono y resina epoxi

Translaminar Dynamic Fracture Toughness of Aeronautic Grade Composite Laminates Made With Carbon Fiber-Epoxy Resin

Se ha comparado la tenacidad a la fractura dinámica translaminar de cuatro laminados compuestos de fibra de carbono y resina epoxi a velocidades de impacto de 2,25 y 5,52 m/s, a temperaturas de -70, +25 y +100 °C. Se ha llegado a la conclusión de que la tenacidad a la fractura de iniciación de los laminados de cinta unidireccional es bastante superior a la de los compuestos de tejido bidireccional, a pesar de las condiciones de ensayo. En cuanto a la tenacidad de propagación del daño, se ha demostrado que el laminado de cinta procesado a 180 °C es la mejor opción a temperaturas intermedias, mientras que el composite de cinta fabricado a 120 °C es el más adecuado para operar bajo impacto en ambos extremos del rango de temperaturas evaluado.

INTRODUCCIÓN

Los laminados compuestos tradicionales fabricados con fibras de carbono y resina epoxi (denominados C-EPX) cumplen los requisitos actuales de diseño estructural para aeronaves subsónicas. No obstante, para las futuras generaciones de aviones comerciales, se requerirán diseños más optimizados que vayan más allá de los criterios proporcionados por la Mecánica de Sólidos, incorporando criterios de tenacidad de la mecánica de la fractura para mejorar la eficiencia estructural y cumplir con los requisitos medioambientales.

Una limitación ampliamente reconocida de las estructuras laminares es su baja resistencia a los impactos transversales. Sin embargo, el comportamiento de los laminados compuestos aeronáuticos bajo agrietamiento dinámico translaminar ha sido hasta ahora poco apreciado.

La Mecánica de Fractura es utilizada para inferir la seguridad de un componente estructural frente a fracturas catastróficas en servicio. Uno de los parámetros utilizados para estimar la resistencia de los materiales a la fractura lenta (cuasiestática) en condiciones de plasticidad es la integral J, que da lugar al criterio de tenacidad Jic. Una vez determinado experimentalmente, Jic debe validarse para asegurar que la zona plástica en la punta de la grieta es comparable con las dimensiones del componente. Si se cumple esta condición, Jic se considera una verdadera propiedad del material. Este trabajo extiende los conceptos tradicionales de la Mecánica de Fractura mediante la integral J al régimen dinámico de carga bajo impacto Charpy de laminados compuestos con defectos translaminares, dando lugar al criterio Jid de iniciación rápida de la fractura.