Oct-2011 Validación experimental de un modelo teórico para ...

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Los materiales compuestos laminados de plástico reforzado por fibras largas, que se denominaran sencillamente “materiales compuestos” se emplean ampliamente en la industria aeronáutica. Entre los usos que se le dan a estos materiales se encuentran: paneles de piso, superficies de control (alerones, flaps y timón), cubierta del radar, vigas y más recientemente la piel del avión. A modo de ejemplo, el nuevo avión Boeing 787 emplea en su estructura un 80% en volumen de materiales compuestos. Las ventajas que presentan los materiales compuestos para la industria aeronáutica son: Permiten construir geometrías complejas en una sola pieza. Reducción del consumo de combustible al reducir el peso del avión. Los materiales compuestos tienen una alta relación resistencia-peso. Reducción del desgaste por fatiga. Los compuestos son menos propensos a desarrollar grietas por fatiga que los metales. Reducción de la corrosión. Los “materiales compuestos” a diferencia de los materiales convencionales, no se comportan de forma isotrópica; es decir, sus propiedades varían con la dirección de las fibras, incluidas su resistencia mecánica. Dado que el material compuesto posee distintas láminas con distintas propiedades, se requiere recurrir a nuevas herramientas de análisis para poder calcular la resistencia mecánica del conjunto de láminas. La herramienta a utilizar será la teoría clásica de laminado y las teorías de falla. El proceso a seguir, requiere conocer las propiedades de la lámina, calcular las propiedades del laminado a partir de las propiedades de las láminas que lo constituyen y emplear una teoría de falla para determinar la resistencia del laminado. 4
2.2 PROPIEDADES DE LA LÁMINA Para calcular la resistencia a tensión uniaxial del material laminado se necesita medir las siguientes propiedades macromecánicas, al nivel de lámina: Modulo de elasticidad longitudinal de las fibras . Modulo de elasticidad tangencial de las fibras . Modulo de cortante en el plano . Resistencia a tensión longitudinal de las fibras . Resistencia a tensión tangencial de las fibras . Resistencia a cortante en el plano . Modulo de Poisson en el plano . 2.3 PROPIEDADES DEL LAMINADO Las propiedades del laminado se calculan a partir de las propiedades de la lámina, en función de la orientación de las fibras en cada lámina y del número de láminas en el material. El cálculo se puede ver con más detalle en [Tsai y Hahn, 1980a, p115]. 2.4 TEORÍA DE FALLA El criterio de falla que se ha seleccionado es el del esfuerzo máximo; el cual evalúa si se ha excedido la resistencia del material, componente por componente: cortante, tensión transversal y longitudinal y compresión transversal y longitudinal. Para el caso de un laminado sometido a tensión uniaxial, no se consideran las componentes de compresión. El criterio de falla se aplica para cada una de las láminas, en los ejes de la fibra. La lamina con la menor relación resistencia/esfuerzo, rompe primero y define la falla del material. El criterio del esfuerzo máximo se presenta en la Ec. 2.1. 5
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