Estructuras de Materiales Compuestos

1 Estructuras de Materiales Compuestos Introducci n Ing. Gast n Bonet - Ing. Cristian Bottero - Ing. Marco Fontana Estructuras de Materiales Compuestos - Introducci n Contenidos del curso Introducci n Procesos de fabricaci n Micromec nica Elasticidad anis tropa Mec nica de l mina Criterios de falla Mec nica de laminados Efectos higrot rmicos Resistencia de laminados An lisis de falla progresiva Ensayos normalizados Deflexi n de placas Estabilidad de placas Paneles s ndwich Concentradores de tensiones Curso 2012 Facultad de Ingenier a - UNLP 2.

2 Estructuras de Materiales Compuestos - Introducci n Qu se le pide a un material? Resistencia Rigidez Bajo peso Resistencia a la corrosi n Resistencia a la fatiga Tolerancia al da o - Resistencia a impactos Resistencia a ambientes agresivos Bajo costo Curso 2012 Facultad de Ingenier a - UNLP 3. Estructuras de Materiales Compuestos - Introducci n Qu es un material compuesto? Sistema material que consiste en dos o m s fases en una escala macrosc pica, cuyo desempe o y propiedades mec nicas est n dise adas para superar a las de los constituyentes por separado.

3 En aplicaciones estructurales, generalmente se tiene una fase m s r gida y resistente, denominada REFUERZO, y una fase menos r gida y resistente, denominada MATRIZ. s refuerzo matriz e 150mm Curso 2012 Facultad de Ingenier a - UNLP 4. Estructuras de Materiales Compuestos - Introducci n Qu es un material compuesto? Por su caracter stica heterog nea, los Materiales Compuestos suelen presentar comportamiento altamente anis tropo: Las propiedades del material var an en las diferentes orientaciones asociadas al mismo Curso 2012 Facultad de Ingenier a - UNLP 5.

4 Estructuras de Materiales Compuestos - Introducci n Qu es un material compuesto? Existe por lo tanto direccionalidad en el material que debe ser aprovechada por el dise ador. A diferencia de los metales, en este caso el dise ador debe tambi n dise ar el material junto con la estructura. Curso 2012 Facultad de Ingenier a - UNLP 6. Estructuras de Materiales Compuestos - Introducci n Por qu usamos filamentos? La resistencia de un material no est determinada tanto por la resistencia de las uniones sino por los defectos. Ley de Griffith 1.

5 2 E 2. a = longitud del defecto s = energ a de superficie a . Yendo de la escala macro hasta la escala at mica, pasando por la escala nano, los defectos se vuelven m s peque os o inexistentes, por lo cual la resistencia aumenta de acuerdo a la ecuaci n anterior Curso 2012 Facultad de Ingenier a - UNLP 7. Estructuras de Materiales Compuestos - Introducci n Por qu usamos filamentos? NANOESCALA vs. MICROESCALA. Extrapola a 11 GPa Resistencia a la tracci n (GPa). 3 Experimentos de Griffith con fibra de vidrio (a o 1921). 2. 1. Resistencia del vidrio: 170 MPa 0 20 40 60 80 100 120.

6 Di metro de fibras (micrones). Curso 2012 Facultad de Ingenier a - UNLP 8. Estructuras de Materiales Compuestos - Introducci n Por qu usamos filamentos? Filamento de carbono de 6mm de di metro (yendo de la esquina inferior izquierda a la esquina superior derecha) comparado con un cabello humano Curso 2012 Facultad de Ingenier a - UNLP 9. Estructuras de Materiales Compuestos - Introducci n Laminados En la gran mayor a de las aplicaciones pr cticas, se necesita reforzar m s de una direcci n: Laminados y/o tejidos Curso 2012 Facultad de Ingenier a - UNLP 10.

7 Estructuras de Materiales Compuestos - Introducci n Resistencia espec fica Los Materiales Compuestos son ideales para aplicaciones donde se necesitan altas relaciones de resistencia-peso. Un indicador directo de esta relaci n es la resistencia espec fica, la cual nos permite comparar la eficiencia estructural de diferentes Materiales en t rminos de resistencia. su su SS . g . Otra manera de definirlo: es la longitud a la cual una barra colgada de un extremo falla por peso propio. peso g lA su tensi n m xima su SS l . rea A g . Curso 2012 Facultad de Ingenier a - UNLP 11.

8 Estructuras de Materiales Compuestos - Introducci n Rigidez espec fica Los Materiales Compuestos son ideales para aplicaciones donde se necesitan altas relaciones de resistencia-peso. Un indicador directo de esta relaci n es la resistencia espec fica, la cual nos permite comparar la eficiencia estructural de diferentes Materiales en t rminos de resistencia. S .Stiffness . EE. long Atenci n: g Tabla correspondiente a fibras, no a material compuesto Curso 2012 Facultad de Ingenier a - UNLP 12. Estructuras de Materiales Compuestos - Introducci n Comparaci n Cuando el refuerzo se combina con la matriz, la rigidez y resistencia espec fica disminuyen.

9 A n as , en aplicaciones espec ficas est n por encima de los metales. Estas gr ficas corresponden a laminados unidireccionales. En general, las aplicaciones requieren laminados multidireccionales, donde las propiedades son m s similares a las de los metales. Curso 2012 Facultad de Ingenier a - UNLP 13. Estructuras de Materiales Compuestos - Introducci n Fibra de Vidrio Bajo costo Alta rigidez Alta resistencia Aplicaciones estructurales, aislantes el ctricos, aislantes t rmicos, diel ctricos, etc. Diferentes tipos de acuerdo a la aplicaci n Curso 2012 Facultad de Ingenier a - UNLP 14.

10 Estructuras de Materiales Compuestos - Introducci n Fibra de Vidrio Se funde silicio con minerales, que contienen los xidos necesarios para la composici n final. Luego se enfr a r pidamente para evitar la cristalizaci n y se extrudan a trav s de una matriz de platino con miles de orificios de un di metro entre y 3mm. Antes de la solidificaci n, se estiran hasta di metros de 3 20 mm. Sobre los filamentos se aplica un recubrimiento que provee lubricaci n, protecci n y acoplamiento adecuado. Los filamentos se combinan formando los hilos que contienen miles de filamentos.