ANLISIS DE CRITERIOS DE FALLO PARA MATERIALES COMPUESTOS

ANÁLISIS DE CRITERIOS DE FALLO PARA MATERIALES COMPUESTOS Autora: Esmeralda Castillo Sebastián (escasse 1@etsid.

Índice de contenidos 1. Introducción. 2. Teoría Clásica de Placas Laminadas. 3. Criterios de

1. Introducción Ventajas Materiales compuestos Rigidez Resistencia/peso Desventajas Coste fabricación Fig. 1: Lámina reforzada

1. Introducción Fig. 2: General Dynamics F-111. Fotografía tomada por la NASA. Fig. 3:

1. Introducción Fig. 4: Evolución del uso de los materiales compuestos en las aeronaves

2. Teoría Clásica de Placas Laminadas Fig. 6: Geometría de un laminado compuesto de

2. Teoría Clásica de Placas Laminadas 6/16 Universitat Politècnica de València www. upv. es

3. Criterios de fallo y comparativa Isótropo 2 parámetros Compuesto Criterios límite § Máxima

3. 1 Criterios interactivos Tsai - Wu 21 coeficientes 6 coeficientes Complejos Ensayos uniaxiales

3. 2 Criterios de modo Modo I: FM Christensen Modo II: FT Diferencia con

3. 2 Criterios de modo Hashin FMT FMC FFT FFC 10/16 Universitat Politècnica de

$3. 2 Criterios de modo FFT FF FFC Puck Modo A ¡Plano de fractura!$

3. 2 Criterios de modo Fig. 19 18 : : Comparativa para ensayo uniaxial

4. Aplicación MEF a volante de inercia § Fibra de vidrio § 3500 rpm

4. Aplicación MEF a volante de inercia Fig. 22: Visualización del coeficiente de seguridad

5. Conclusiones § No existe criterio adecuado. § Tsai –Wu y Hoffman fáciles de

6. Presupuesto Tabla 3: Presupuesto del proyecto. VEINTISÉIS MIL QUINIENTOS CINCUENTA Y NUEVE CON

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ANÁLISIS DE CRITERIOS DE FALLO PARA MATERIALES COMPUESTOS Autora: Esmeralda Castillo Sebastián (escasse 1@etsid. upv. es) Tutor: José Luis Pérez Aparicio (jopeap@mes. upv. es) Grado en Ingeniería Aeroespacial Escuela Técnica Superior de Ingeniería del Diseño – ETSID Universidad Politécnica de Valencia – UPV Universitat Politècnica de València www. upv. es Septiembre de 2016

Índice de contenidos 1. Introducción. 2. Teoría Clásica de Placas Laminadas. 3. Criterios de fallo y comparativa. 3. 1 Criterios interactivos. 3. 2 Criterios de modo. 4. Aplicación MEF a volante inercia. 5. Conclusiones. 6. Presupuesto. 1/16 Universitat Politècnica de València www. upv. es Septiembre de 2016

1. Introducción Ventajas Materiales compuestos Rigidez Resistencia/peso Desventajas Coste fabricación Fig. 1: Lámina reforzada unidireccional con ejes locales x-y-z y ejes globales 1 -2 -6. Coste económico 2/16 Universitat Politècnica de València www. upv. es Septiembre de 2016

1. Introducción Fig. 2: General Dynamics F-111. Fotografía tomada por la NASA. Fig. 3: Northrop Grumman B-2 Spirit. Fotografía perteneciente a las Fuerzas aéreas de EEUU. 3/16 Universitat Politècnica de València www. upv. es Septiembre de 2016

1. Introducción Fig. 4: Evolución del uso de los materiales compuestos en las aeronaves civiles de Boeing y Airbus. Datos extraídos de Boeing [5] y Airbus [6]. 4/16 Universitat Politècnica de València www. upv. es Septiembre de 2016

2. Teoría Clásica de Placas Laminadas Fig. 6: Geometría de un laminado compuesto de n láminas. Fig. 5: Esquema de una placa laminada. Fig. 8: 7: Definición de de momentos esfuerzos que actúan sobre el el laminado σ 5/16 Universitat Politècnica de València www. upv. es Septiembre de 2016

2. Teoría Clásica de Placas Laminadas 6/16 Universitat Politècnica de València www. upv. es Septiembre de 2016

3. Criterios de fallo y comparativa Isótropo 2 parámetros Compuesto Criterios límite § Máxima tensión 5 parámetros Criterios interactivos Criterios de modo § Tsai-Wu § Christensen § Hoffman § Hashin § Puck 7/16 Universitat Politècnica de València www. upv. es Septiembre de 2016

3. 1 Criterios interactivos Tsai - Wu 21 coeficientes 6 coeficientes Complejos Ensayos uniaxiales Ensayos biaxiales Costosos Ajuste experimental Hoffman Diferencia con Tsai-Wu Fig. 9 : Envolventes en 3 dimensiones de los criterios de fallo de Tsai-Wu (azul) y Hoffman (naranja). 1 única expresión 8/16 Universitat Politècnica de València www. upv. es Septiembre de 2016

3. 2 Criterios de modo Modo I: FM Christensen Modo II: FT Diferencia con Tsai-Wu Universitat Politècnica de València www. upv. es Septiembre de 2016 9/16

3. 2 Criterios de modo Hashin FMT FMC FFT FFC 10/16 Universitat Politècnica de València www. upv. es Septiembre de 2016

$3. 2 Criterios de modo FFT FF FFC Puck Modo A ¡Plano de fractura!$

3. 2 Criterios de modo FFT FF FFC Puck Modo A ¡Plano de fractura! IFF Modo B Modo C Fig. 14 : Plano de fractura genérico de un laminado UD y ejes asociados. Universitat Politècnica de València www. upv. es Septiembre de 2016 11/16

3. 2 Criterios de modo Fig. 19 18 : : Comparativa para ensayo uniaxial de los criterios no cuadráticos con material boron-epoxy. Comparativa para ensayo uniaxial de los criterios cuadráticos con material boron-epoxy. Fig. 12/16 Universitat Politècnica de València www. upv. es Septiembre de 2016

4. Aplicación MEF a volante de inercia § Fibra de vidrio § 3500 rpm Fig. 20: Vista frontal y perspectiva en 3 D del volante de inercia. 13/16 Universitat Politècnica de València www. upv. es Septiembre de 2016

4. Aplicación MEF a volante de inercia Fig. 22: Visualización del coeficiente de seguridad R. Anillo 1 Anillo 2 Anillo 3 Tabla 1: Coeficientes de seguridad de los 5 puntos de estudio. Universitat Politècnica de València www. upv. es Septiembre de 2016 14/16

5. Conclusiones § No existe criterio adecuado. § Tsai –Wu y Hoffman fáciles de implementar. § Tsai-Wu, Hoffman y Christensen cuadráticos no distinguen entre tracción y compresión. § Parámetros: Tabla 2: Parámetros de los distintos criterios estudiados. § Volante de inercia a 3500 rpm todos los criterios predicen su seguridad. 15/16 Universitat Politècnica de València www. upv. es Septiembre de 2016

6. Presupuesto Tabla 3: Presupuesto del proyecto. VEINTISÉIS MIL QUINIENTOS CINCUENTA Y NUEVE CON CINCO EUROS. Universitat Politècnica de València www. upv. es Septiembre de 2016 16/16

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