Influència de l'anisotropia en els assajos de flexió

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

• Materialak

Amb l'objectiu d'investigar la influència de l'anisotropia, Faustino Mujika estudia el comportament dels materials composites en un projecte secundat per la Diputació Foral de Guipúscoa. A l'Escola Universitària d'Enginyeria Tècnica Industrial de Sant Sebastià s'han obtingut interessants resultats sobre el mòdul de tall.

Els materials anisotròpics són materials que modifiquen les seves propietats en funció de la direcció. Els materials composites endurits per fibra llarga són anisótropos, ja que en la direcció de les fibres (0°) apareixen les propietats mecàniques més altes i les propietats més baixes en la direcció perpendicular a les fibres (90è). En orientacions intermèdies, les propietats mecàniques són variables respecte a l'angle. Per a mesurar les propietats bàsiques de tall de materials, Faustino ha realitzat assajos de flexió amb mostres amb fibres orientades.

Per a la realització dels assajos de flexió s'ha utilitzat un mètode simple, consistent a col·locar la mostra de composite sobre dos suports i aplicar posteriorment una força central. Per a calcular la força màxima s'estudia en primer lloc la resistència de tall del composite. És a dir, en les mostres s'apliquen diferents forces fins a trobar la mínima força que produeix el trencament. La força aplicada als assajos de flexió ha estat igual o inferior a un terç.

Flexió i torsió

En estar la mostra col·locada sobre dos suports, en aplicar la força es produeix el fenomen de la flexió, és a dir, la mostra adopta la forma d'O. Cal destacar, no obstant això, que a més de la flexió es produeix el fenomen de la torsió. A l'ésser la mostra rectangular, s'aixeca una vora del costat posat i l'altre del mateix costat suporta tota la força. A l'altre costat es produeix el mateix fenomen, però en l'extrem oposat. Així, la mostra s'aixeca en els dos extrems diagonals i només es posa en els altres dos (veure figura).

Mòdul de tall

El comportament mecànic dels composites es defineix mitjançant 9 constants elàstiques. La simplificació dels càlculs fa que només es tinguin en compte quatre: EL, _{ET, ?LT} i _{GLT o mòdul} de tall.

Els procediments de mesura del, _ET e ?LT estan establerts, _però el problema és calcular el valor _del mòdul de tall. Encara que existeixen diferents mètodes de mesurament, els resultats varien molt segons el mètode. A més, tots aquests mètodes inclouen procediments d'assaig no simples.

Les propietats elàstiques del material depenen de la direcció de les fibres i de les quatre constants elàstiques esmentades anteriorment. Els assajos consisteixen a mesurar la força aplicada i el desplaçament del punt d'aplicació, per a posteriorment, coneixent els valors de les altres tres constants, alliberar GLT de l'equació teòrica.

Faustino ha realitzat 50 assajos en diferents condicions utilitzant mostres de fibra de 15è, 30è, 45è, 60è i 75è, obtenint els mateixos resultats per al mòdul de tall. A més, l'aixecament de mostres en direcció 75è hauria de ser teòricament 0, i experimentalment ha obtingut el mateix resultat. La teoria clàssica de les bigues composites no té en compte la influència de la torsió, però segons el treball realitzat s'ha observat la importància de la torsió.

El mòdul de tall s'obtenia a partir d'assajos complicats i d'interpretacions senzilles, ara s'ha obtingut a partir de la realització d'un assaig simple i una nova interpretació teòrica més profunda.

Títol del projecte:Anàlisi de propietats de tall en materials composites de fibra d'una sola direcció mitjançant assajos de flexió. Objectiu: Mesura de la rigidesa i resistència al tall de materials composites. Director: Faustino Mujika Garitano. Equip de treball:Materials + tecnologies dirigits per Iñaki Mondragon. Departament: Enginyeria Química i Enginyeria Mecànica. Facultat: Escola Universitària d'Enginyeria Tècnica Industrial. Finançament Diputació Foral de Guipúscoa.