Influencia da anisotropía nos ensaios de flexión

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

• Materialak

Co obxectivo de investigar a influencia da anisotropía, Faustino Mujika estuda o comportamento dos materiais composites nun proxecto apoiado pola Deputación Foral de Gipuzkoa. Na Escola Universitaria de Enxeñaría Técnica Industrial de San Sebastián obtivéronse interesantes resultados sobre o módulo de corte.

Os materiais anisotrópicos son materiais que modifican as súas propiedades en función da dirección. Os materiais composites endurecidos por fibra longa son anisótropos, xa que na dirección das fibras (0º) aparecen as propiedades mecánicas máis altas e as propiedades máis baixas na dirección perpendicular ás fibras (90º). En orientacións intermedias, as propiedades mecánicas son variables respecto ao ángulo. Paira medir as propiedades básicas de corte de materiais, Faustino realizou ensaios de flexión con mostras con fibras orientadas.

Paira a realización dos ensaios de flexión utilizouse un método simple, consistente en colocar a mostra de composite sobre dous soportes e aplicar posteriormente una forza central. Paira calcular a forza máxima estúdase en primeiro lugar a resistencia de corte do composite. É dicir, nas mostras aplícanse diferentes forzas até atopar a mínima forza que produce a rotura. A forza aplicada aos ensaios de flexión foi igual ou inferior a un terzo.

Flexión e torsión

Ao estar a mostra colocada sobre dous soportes, ao aplicar a forza prodúcese o fenómeno da flexión, é dicir, a mostra adopta a forma de U. Cabe destacar, con todo, que ademais da flexión prodúcese o fenómeno da torsión. Ao ser a mostra rectangular, levántase un bordo ao lado pousado e o outro do mesmo lado soporta toda a forza. Alén prodúcese o mesmo fenómeno, pero no extremo oposto. Así, a mostra levántase nos dúas extremos diagonais e só se pousa nos outros dous (ver figura).

Módulo de corte

O comportamento mecánico dos composites defínese mediante 9 constantes elásticas. A simplificación dos cálculos fai que só se teñan en conta catro: O, ET, ?LT e GLT ou módulo de corte.

Os procedementos de medida do, ET e ?LT están establecidos, pero o problema é calcular o valor do módulo de corte. Aínda que existen diferentes métodos de medición, os resultados varían moito segundo o método. Ademais, todos estes métodos inclúen procedementos de ensaio non simples.

As propiedades elásticas do material dependen da dirección das fibras e do catro constantes elásticas mencionadas anteriormente. Os ensaios consisten en medir a forza aplicada e o desprazamento do punto de aplicación, paira posteriormente, coñecendo os valores das outras tres constantes, liberar GLT da ecuación teórica.

Faustino realizou 50 ensaios en diferentes condicións utilizando mostras de fibra de 15º, 30º, 45º, 60º e 75º, obtendo os mesmos resultados paira o módulo de corte. Ademais, o levantamento de mostras en dirección 75º debería ser teoricamente 0, e experimentalmente obtivo o mesmo resultado. A teoría clásica das vigas composites non ten en conta a influencia da torsión, pero segundo o traballo realizado observouse a importancia da torsión.

O módulo de corte obtíñase a partir de ensaios complicados e de interpretacións sinxelas, agora obtívose a partir da realización dun ensaio simple e una nova interpretación teórica máis profunda.

Título do proxecto:Análise de propiedades de corte en materiais composites de fibra dunha soa dirección mediante ensaios de flexión. Obxectivo:Medida da rixidez e resistencia ao corte de materiais composites. Director: Faustino Mujika Garitano. Equipo de traballo:Materiais + tecnoloxías dirixidos por Iñaki Mondragon. Departamento: Enxeñaría Química e Enxeñaría Mecánica. Facultade:Escola Universitaria de Enxeñaría Técnica Industrial. Financiamento Deputación Foral de Gipuzkoa.