Influencia de la anisotropía en los ensayos de flexión

2002/04/01 Andonegi Beristain, Garazi - Elhuyar Zientziaren Komunikazioa Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Materialak

Con el objetivo de investigar la influencia de la anisotropía, Faustino Mujika estudia el comportamiento de los materiales composites en un proyecto apoyado por la Diputación Foral de Gipuzkoa. En la Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de San Sebastián se han obtenido interesantes resultados sobre el módulo de corte.

Los materiales anisotrópicos son materiales que modifican sus propiedades en función de la dirección. Los materiales composites endurecidos por fibra larga son anisótropos, ya que en la dirección de las fibras (0º) aparecen las propiedades mecánicas más altas y las propiedades más bajas en la dirección perpendicular a las fibras (90º). En orientaciones intermedias, las propiedades mecánicas son variables respecto al ángulo. Para medir las propiedades básicas de corte de materiales, Faustino ha realizado ensayos de flexión con muestras con fibras orientadas.

Para la realización de los ensayos de flexión se ha utilizado un método simple, consistente en colocar la muestra de composite sobre dos soportes y aplicar posteriormente una fuerza central. Para calcular la fuerza máxima se estudia en primer lugar la resistencia de corte del composite. Es decir, en las muestras se aplican diferentes fuerzas hasta encontrar la mínima fuerza que produce la rotura. La fuerza aplicada a los ensayos de flexión ha sido igual o inferior a un tercio.

Flexión y torsión

Al estar la muestra colocada sobre dos soportes, al aplicar la fuerza se produce el fenómeno de la flexión, es decir, la muestra adopta la forma de U. Cabe destacar, sin embargo, que además de la flexión se produce el fenómeno de la torsión. Al ser la muestra rectangular, se levanta un borde del lado posado y el otro del mismo lado soporta toda la fuerza. Al otro lado se produce el mismo fenómeno, pero en el extremo opuesto. Así, la muestra se levanta en los dos extremos diagonales y sólo se posa en los otros dos (ver figura).

Módulo de corte

El comportamiento mecánico de los composites se define mediante 9 constantes elásticas. La simplificación de los cálculos hace que sólo se tengan en cuenta cuatro: EL, _{ET, ?LT} y _{GLT o módulo} de corte.

Los procedimientos de medida de EL, _ET e ?LT están establecidos, _pero el problema es calcular el valor _del módulo de corte. Aunque existen diferentes métodos de medición, los resultados varían mucho según el método. Además, todos estos métodos incluyen procedimientos de ensayo no simples.

Las propiedades elásticas del material dependen de la dirección de las fibras y de las cuatro constantes elásticas mencionadas anteriormente. Los ensayos consisten en medir la fuerza aplicada y el desplazamiento del punto de aplicación, para posteriormente, conociendo los valores de las otras tres constantes, liberar GLT de la _ecuación teórica.

Faustino ha realizado 50 ensayos en diferentes condiciones utilizando muestras de fibra de 15º, 30º, 45º, 60º y 75º, obteniendo los mismos resultados para el módulo de corte. Además, el levantamiento de muestras en dirección 75º debería ser teóricamente 0, y experimentalmente ha obtenido el mismo resultado. La teoría clásica de las vigas composites no tiene en cuenta la influencia de la torsión, pero según el trabajo realizado se ha observado la importancia de la torsión.

El módulo de corte se obtenía a partir de ensayos complicados y de interpretaciones sencillas, ahora se ha obtenido a partir de la realización de un ensayo simple y una nueva interpretación teórica más profunda.

Título del proyecto:Análisis de propiedades de corte en materiales composites de fibra de una sola dirección mediante ensayos de flexión. Objetivo: Medida de la rigidez y resistencia al corte de materiales composites. Director: Faustino Mujika Garitano. Equipo de trabajo:Materiales + tecnologías dirigidos por Iñaki Mondragon. Departamento: Ingeniería Química e Ingeniería Mecánica. Facultad: Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial. Financiación Diputación Foral de Gipuzkoa.