Estados de tensión y de deformación en materiales compuestos reforzados con fibra ante diferentes casos de carga

Resumen

A lo largo del trabajo que se recoge en la presente memoria, se ha llevado a cabo un estudio de los estados de tensión y de deformación generados en materiales compuestos reforzados con fibra por diferentes casos de carga. En este estudio se han ensayado dos materiales compuestos diferentes, uno de matriz de poliéster reforzado con fibra de vidrio aleatoriamente distribuida (chopped) y otro formado por laminados fabricados a partir de prepreg de fibra de carbono unidireccional y resina epoxi. Los diferentes casos de carga estudiados en este trabajo se han clasificado en los siguientes ensayos experimentales: - Ensayos biaxiales (tracción-tracción y tracción-compresión). - Ensayos de tracción open-hole y patch repair. - Ensayos de tracción oblicua (off-axis). - Ensayos de flexión. De tal manera, mediante los ensayos biaxiales, se ha desarrollado una metodología de trabajo consistente en la aplicación simultánea de dos cargas de tracción perpendiculares en el plano de una probeta cruciforme del material reforzado con fibra de vidrio. Así, se han generado estados biaxiales de tensión con el fin de determinar la tensión y deformación de rotura del material y su propia curva de fallo biaxial. También se han ensayado diferentes geometrías y condiciones de carga, observando una importante influencia en los estados de tensión y deformación obtenidos. Los resultados experimentales obtenidos en los ensayos biaxiales tracción-tracción se han comparado con los proporcionados por diferentes criterios de fallo para materiales ortótropos. El estudio del material chopped ha continuado con el análisis de su comportamiento ante un estado de cargas de tracción y compresión aplicadas simultáneamente y el cálculo de la resistencia a cortadura en el plano de una probeta cruciforme modificada. A partir de estos ensayos, se ha evaluado la posibilidad de generar estados de cortadura en el plano a partir de los ensayos biaxiales de tracción y compresión realizados. Los resultados experimentales obtenidos se han comparado con las predicciones analíticas proporcionadas por los criterios de fallo de Máxima Tensión, Máxima Deformación, Tsai-Hill y Tsai-Wu. Respecto al material compuesto reforzado con fibra de carbono, se ha estudiado la influencia de una discontinuidad geométrica en la resistencia del mismo, calculando la reducción de la misma. También, se ha observado la existencia de configuraciones de laminado más sensibles que otras ante dicha discontinuidad. En este sentido, se ha analizado el comportamiento de una reparación tipo parche externo mediante el cálculo de la recuperación de resistencia conseguida en el material compuesto. Además de estos ensayos, a partir de laminados unidireccionales con diferente orientación de fibras respecto del eje de carga, se ha inducido un estado de tensión biaxial no puro mediante ensayos de tracción oblicua. En estos ensayos se han calculado la tensión de rotura y el módulo de elasticidad para cada laminado, así como los estados de tensión biaxial generados en las direcciones principales. Los resultados experimentales se han comparado con los resultados obtenidos al emplear diferentes criterios de fallo. Finalmente, se ha estudiado el comportamiento de dos espesores diferentes de laminado unidireccionales ante esfuerzos de flexión generados mediante ensayos de tres puntos paralelos a la dirección de la fibra. En estos ensayos de flexión se han observado los modos de fallo alcanzados y su relación con el diferente comportamiento del material ante cargas de tracción y de compresión en la dirección de las fibras.