Materiales Compuestos Ing Elmar Mikkelson Dto Aeronutica Fac

Materiales Compuestos Ing. Elmar Mikkelson Dto. Aeronáutica Fac. Ingeniería - U. N. L. P.

Materiales Compuestos Presentación de los materiales compuestos • • • Gelcoat / Pinturas Velo / Mat Telas o refuerzos Resinas Pegamentos Espumas o madera balsa Cálculo

Empleo de materiales compuestos. Materiales Compuestos

Protección exterior. Materiales Compuestos Gelcoat, distintas bases, poliester isoftálico, poliester ortoftálico, vinilester, epoxi. Poliuretánico. Pinturas, base epoxi o poliuretánicas. Resistencia a la radiación UV, abrasión, temperatura, color, terminación superficial, brillo u opacos, compatibilidad con el substrato, posibilidad de retrabajos, etc. Ejemplo: Gelcoat epoxi Gurit

Velo / Materiales Compuestos Capa exterior generalmente empleada para obtener una terminación superficial buena, dependiendo del uso o de la pieza a realizar pueden ser varias o de distinto tipo, generalmente siguen al gelcoat, se pueden emplear capas de mat como material de refuerzo en piezas no estructurales o de baja exigencia.

Telas o refuerzos Materiales Compuestos Amplia gama de materiales para elegir: • Carbono, alto o bajo módulo. • Kevlar • Vidrio E, varios sizings y marcas comerciales • Vidrio S • Diamante Elección de la fibra de acuerdo a la pieza a realizar, posibilidades de manufactura, económicas, técnicas, disponibilidad de material, etc.

Telas o refuerzos Materiales Compuestos

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Telas o refuerzos Materiales Compuestos Fibre Physical properties Unit Glas Aramid HM Carbon HT Steel Density Tension g/cm 3 MPa 2, 6 2200 1, 45 3600 1, 7 4800 7, 89 370 E-Modul II GPa 73 120 235 0, 2 E-Modul - GPa 73 5, 4 15 0, 2 Breakage Tension % 3, 5 2, 8 1, 5 25 0, 18 - - 0, 25 5 -3, 5 -0, 1 13 5 17 10 13 Cross contraction index Thermal expansion coefficient II 10 -6/K Thermal expansion coefficient - Heat transferring properties W/m*K 1 0, 04 17 50 Spec. electr. resistance Ω*cm 10+15 10 -3 - 10 -4 10 -3 Humidity absorption % 0, 1 3, 5 0, 1 -

Telas o refuerzos Materiales Compuestos Style Number Construction Roll length kg per roll Batch No. S 14 EB 470 - 00410 -01300 -487000 0°/90° 95 m / 50 kg 9132 S 14 EB 540 - 00620 -01300 -487000 0°/90° 60 m / 50 kg 9149 S 14 EB 540 - 00620 -01300 -487322 (225 g CSM) 0°/90°/CSM 45 m / 50 kg 9150 S 14 EB 540 - 00620 -01300 -487330 (300 g CSM) 0°/90°/CSM 40 m / 50 kg 9908 S 14 EB 490 - 00831 -01300 -474000 0°/90° 46 m / 50 kg 9144 S 14 EB 500 - 00860 -01300 -487322 (225 g CSM) 0°/90°/CSM 35 m / 50 kg 9148 S 14 EB 500 - 00820 -01300 -487330 (300 g CSM) 0°/90°/CSM 35 m / 50 kg 9909 S 14 EB 500 - 00860 -01300 -487350 (500 g CSM) 0°/90°/CSM 30 m / 50 kg 9910 S 15 EU 910 - 00580 -01200 -100000 0° * 70 m / 50 kg 9153 S 14 EU 910 - 00950 -01300 -499000 0° * 40 m / 47 kg 9592 S 14 EU 960 - 01210 -01300 -487000 0° * 32 m / 50 kg 9152 S 32 EX 010 - 00430 -01270 -264000 +45°/-45° 100 m / 50 kg 9127 S 32 EX 010 - 00600 -01270 -250000 +45°/-45° 65 m / 50 kg 9128 S 32 EX 010 - 00811 -01270 -264000 +45°/-45° 50 m / 50 kg 9126 S 32 EX 010 - 00800 -01270 -065510 (100 g CSM) +45°/-45° /CSM 40 m / 47 kg 9450 S 32 EX 010 - 00800 -01270 -065530 (300 g CSM) +45°/-45° /CSM 35 m / 50 kg 9449 S 32 EX 010 - 00960 -01270 -606000 (loop stitch) +45°/-45° 40 m / 47 kg 9911 S 32 EX 010 - 00980 -01270 -283000 +45°/-45° 40 m / 47 kg 9912 S 32 EX 010 - 01210 -01270 -250000 +45°/-45° 35 m / 50 kg 9913

Telas o refuerzos Materiales Compuestos S 35 EY 360 - 00600 -01270 -464000 0°/-45°/+45° 50 m / 40 kg 9451 S 35 EY 510 - 00830 -01270 -464000 0°/-45°/+45° 50 m / 50 kg 9130 S 32 EY 470 - 00910 -01270 -464000 0°/-45°/+45° 40 m / 47 kg 9452 S 32 EY 590 - 01210 -01270 -464000 0°/-45°/+45° 30 m / 45 kg 9927 S 32 EY 510 - 01850 -01270 -079000 0°/-45°/+45° 20 m / 47 kg 9928 S 32 EK 000 - 01030 -01270 -264000 -45°/90°/+45° 35 m / 46 kg 9453 S 35 EQ 290 - 00620 -01270 -464000 0°/-45°/90°/+45° 50 m / 40 kg 9454 S 32 EQ 260 - 00820 -01270 -450000 0°/-45°/90°/+45° 50 m / 40 kg 9455 S 32 EQ 250 - 00940 -01270 -464000 0°/-45°/90°/+45° 40 m / 50 kg 10068 S 35 EQ 240 - 00970 -01270 -464000 0°/-45°/90°/+45° 40 m / 50 kg 9129 S 32 EQ 260 - 01230 -01270 -065000 0°/-45°/90°/+45° 30 m / 47 kg 9456 A 14 EB 540 - 00620 -01300 -499719 0°/90°/Core/CSM 50 m S 37 CX 000 -00300 -T 2540 -264000 width 140 cm -45°/+45° 50 m / 39 kg 10527 S 32 CX 010 -00410 -01270 -250000 -45°/+45° 50 m / 26 kg S 1287 S 32 CX 010 -00580 -01270 -250000 -45°/+45° 50 m / 38 kg 10726 S 32 AX 010 -00450 -01270 -239000 -45°/+45° 50 m / 30 kg 10704 notes * small portion of glass stabilities roving in 90° * fabric areal weight in grey * weight tolerance : + / - 5% Catálogo Saertex de telas de fibra de vidrio.

Telas o refuerzos Materiales Compuestos Catálogo Vector. Ply de telas de fibra de carbono.

Telas o refuerzos Materiales Compuestos

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Telas o refuerzos Materiales Compuestos Tipos de telas Valores de ensayo

Resinas Materiales Compuestos Es la matriz que une las fibras, y la encargada de transmitir los esfuerzos entre las fibras, también las protege del medio. La naturaleza de la resina puede ser muy variada, normalmente se emplean tres, epoxies, poliésteres o vinilésteres. Hay otros tipos, como por ejemplo las fenólicas, pero ya son de empleo más específico.

Resinas Materiales Compuestos Tipos de resinas Valores de ensayo

Resinas Materiales Compuestos Valores de ensayo, compresión a distintas temperaturas, laminados DD (0/+ -45/0)8, seco y húmedo. Valores de las diferentes resinas (U$D/lb) Valores del módulo 0°, tracción a distintas temperaturas, laminados DD (0/+ -45/0)8, seco y húmedo.

Resinas Diagrama de ensayo de probetas de subconjunto a clivaje Probetas ensayadas de subconjunto a clivaje Materiales Compuestos Tabla con valores de ensayo de subconjuntos a clivaje Valores de ensayo de subconjuntos a clivaje

Resinas Materiales Compuestos Influencia en la resistencia a fatiga de la relación resina vidrio en laminados de fibra de vidrio Efecto de la matriz en la resistencia a fatiga en tracción dirección 0° (R=0. 1) y carga alternada (R=-1), laminados [0/+-45/0]s, Vf = 0. 34 – 0. 36 Extremos de resistencia a fatiga en tracción dirección 0° (R=0. 1), laminados de fibra de vidrio

Resinas Materiales Compuestos Diagrama de Goodman normalizado para material unidireccional ensayado en la dirección longitudinal Diagrama de Goodman no normalizado para material unidireccional ensayado en la dirección transversal

Adhesivos Materiales Compuestos

Adhesivos Materiales Compuestos

Materiales de relleno Materiales Compuestos

Materiales de relleno Materiales Compuestos Materiales de relleno de honeycomb de aluminio

Materiales de relleno Fotos de la microestructura de la madera de balsa y honeycomb de Nomex Materiales Compuestos

Cálculo Materiales Compuestos Teorías de falla Falla de fibra FF Modos de falla de inter fibra IFF

Cálculo Materiales Compuestos Teorías de falla Los primerios criterios de falla para láminas unidireccionales fueron sobre fallas globales. Estos criterios no distinguen los modos de falla, y son formulados como una ecuación matemática simple (en aquel entonces se contaba con una baja capacidad computacional), los cuales se pueden adaptar fácilmente a los resultados experimentales. Tales criterios son los de : Hoffmann Tsai-Hill Tsai-Wu

Cálculo Materiales Compuestos Teorías de falla Observaciones de la física llevaron al desarrollo de criterios diferenciativos, los cuales distinguen entre falla de fibra (FF) y falla entre fibras(IFF). Se emplean diferentes formulaciones matemáticas para los diferentes el fenómenos físicos. Debido a que los efectos de los dos modos de falla y los métodos para evitarlos son completamente diferentes, es vital para el diseñador saber que tipo de falla está ocurriendo. Como ejemplo de tales criterios de falla tenemos a: Puck simple, Puck modificado y Hashin. Basado en modelos físicos, Puck desarrolló uno de los métodos diferenciativos más modernos para integrar las numerosas observaciones experimentales en una teoría. El criterio de plano de acción de Puck no solo distingue entre FF e IFF, también distingue entre tres tipos de modo de falla IFF.

Cálculo Materiales Compuestos Teorías de falla Especialmente el fenómeno de falla oblicua IFF con s 2 < 0 (Figura IFF: modo C) motivó a Puck a identificar el plano de la capa con el máximo esfuerzo como “plano de acción” y a transformar los cálculos de fractura para materiales frágiles en ese plano. Mientras que los modos de falla IFF A y B son a veces tolerables, el modo C puede llevar a una fallla completa de la pieza realizada en materiales compuestos. Si el ángulo del plano de fractura excede los 30° la forma de cuña de la fisura puede dañar las capas adyacentes del laminado y llevar a una falla explosiva del laminado completo. En la página siguiente se muestra una tabla en la que se listan las ecuaciones matemáticas para los diferentes modos de falla. Estas ecuaciones en conjunto definen una superficie cerrada tridimensional, la envolvente de falla, en el espacio de tensiones (s 1, s 2, t 12).

Cálculo Materiales Compuestos Teorías de falla Tensiones máximas de tracción y compresión de la capa paralelas a la dirección de la fibra Tensiones máximas de tracción y compresión de la capa perpendiculares a la dirección de la fibra Tensiones máximas de corte de la capa perpendicular y paralela a la dirección de la fibra Parámetro de envolvente de falla

Cálculo Materiales Compuestos Teorías de falla Envolvente de falla, en el espacio de tensiones (s 1, s 2, t 12)

Cálculo Materiales Compuestos Teorías de falla Ediferentes modos de falla IFF en un plano (s 2, t 12), del espacio de tensiones (s 1, s 2, t 12)

Cálculo Materiales Compuestos Teorías de falla El ángulo de fractura para el modo C se puede calcular con la ecuación que se muestra a continuación. El ángulo del plano de fractura para los modos A y B es 0°. con Otra característica importante del criterio de plano de acción de Puck es la interacción entre las tensiones en la dirección de las fibras (s 1) y transversal a la dirección de la fibras (s 2, t 12). Si s 1 se acerca al límite de FF, las primeras fisuras de los filamentos causarán daño en la matriz circundante. Estas microfisuras en la matriz reducen el límite IFF de la capa, esto se traduce en una reducción de la envolvente de falla hacia el límite de FF.

Materiales Compuestos ¿Preguntas? Muchas gracias por su atención.

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