Dentro de los eventos sonoros, es posible identificar las ondas de tensión elástica generadas desde el origen de la falla. El efecto de la tenacidad a la fractura se evaluó en el Capítulo 5, en el que se presentaron estrategias para mejorar la resistencia al microfisura de los materiales, por ejemplo mediante la incorporación de nanotubos de halloysita (NTH). La tenacidad a la fractura de la matriz aumentó mediante la adición de NTH, lo que se atribuyó a un mecanismo de desviación de la grieta debido a la presencia de microaglomerados.
INTRODUCCIÓN
La primera forma de daño que aparece en los laminados compuestos reforzados con fibras multidireccionales es generalmente el microfisuramiento de la matriz. Análisis completo del daño en un material compuesto: unificación de la mecánica del daño y la mecánica de la fractura. La mayoría de los modelos se basan en la descripción analítica de la distribución de tensiones locales entre dos microfisuras.
MATERIALES Y MÉTODOS
Sistemas de resina
Para cada uno de ellos, se realizaron modificaciones para evaluar el efecto de la variación de las propiedades de la matriz sobre el microfisura del material compuesto laminado. La determinación de la densidad de las resinas líquidas (sin curar) se llevó a cabo utilizando una balanza hidrostática de Mohr-Westphal (Figura 2.7). El tamaño de las muestras se eligió de acuerdo con las recomendaciones de la norma ASTM D3039 (Tabla 2.5).
Desarrollo de técnicas para estudiar la microfisuración microfisuración
La detección de daños en materiales compuestos se puede realizar mediante la implementación de técnicas de seguimiento. Estas señales se pueden obtener en función del tiempo colocando un sensor en la superficie de la muestra. La técnica de EA se puede utilizar para determinar tanto la ubicación de la fuente como la naturaleza del daño [62].
A la muestra cargada (A) se fija un sensor (B), que puede captar las ondulaciones elásticas de la superficie del material. Características de la forma de onda para registros típicos de emisiones acústicas. Tiempo de subida. La Figura 3.4 muestra una microfisura típica en la sección transversal de la muestra.
La Figura 3.7 muestra como ejemplo las curvas de tensión experimentales utilizadas en función de la densidad de microfisuras para el sistema An. Curvas de densidad de microfisuras en función de la tensión aplicada para las muestras del sistema An. Asimismo, una densidad de microfisuras de 1 mm-1 debería lograrse, ya que el espesor de la capa de 90° es 𝑡𝑘=1 mm.
Previamente se deben ajustar los parámetros de la técnica EA según la configuración de la estructura requerida.
INFLUENCIA DE LAS PROPIEDADES DE LA RESINA RESINA
Se analizan los parámetros que inducen diferentes niveles de tensiones residuales y las propiedades mecánicas de la matriz. Algunos estudios sugieren que la tenacidad a la fractura de la matriz (KIC) puede mejorarse mediante la dispersión de nanopartículas, lo que provoca un retraso en el microfisura [74]. La resistencia a las microfisuras de los CFRP parece estar determinada en gran medida por el comportamiento de la matriz y por el nivel de tensión residual presente en el laminado.
Por lo tanto, es de suma importancia evaluar las propiedades mecánicas de la matriz, así como los parámetros que causan tensiones residuales. Por otro lado, las tensiones de enfriamiento térmico surgen de la diferencia entre el CTE de la fibra y el de la matriz. En cuanto a las propiedades mecánicas, en la Tabla 4.4 se muestran los resultados de los ensayos de tracción y en la Figura 4.1 se muestran los valores de tenacidad a la fractura de las matrices epoxi analizadas en este apartado.
El valor de tenacidad a la fractura KIC aumentó ligeramente después de la inclusión del diluyente reactivo (Am_B). Como ocurre con la mayoría de las resinas, una mejora en la tenacidad generalmente va acompañada de una disminución en la resistencia porque los mecanismos opuestos son controvertidos [91]. Es lógico que las tensiones residuales aumenten a medida que la temperatura de curado se aleja de la temperatura ambiente [95].
Para evaluar el efecto de la tenacidad a la fractura de las matrices sobre la resistencia a las microfisuras de los laminados que las componen, se compararon los sistemas Jef_0NT y Am_B (Figura 4.3.b).
MICROFISURACIÓN EN SISTEMAS CON NANTUBOS DE HALLOYSITE NANTUBOS DE HALLOYSITE
Existen varios estudios que aseguran una mejora en la resistencia a las microfisuras al aumentar la tenacidad a la fractura de la matriz [73], [78]. Este resultado se atribuyó a una disminución de la tensión residual y un aumento de la tenacidad de la matriz debido a la incorporación de las nanopartículas. La Figura 5.3 muestra las micrografías obtenidas por TEM de la matriz epoxi-NTH para los sistemas Jef.
En estos trabajos asocian la adecuada dispersión del NTH con la mejora de las propiedades mecánicas de la resina. El aumento de la viscosidad puede deberse a la restricción del movimiento de la matriz epoxi debido a la presencia de NTH [44]. El módulo elástico y la resistencia a la tracción de la resina epoxi pura fueron 2,73 GPa y 60,77 MPa, respectivamente.
La Figura 5.6 muestra el promedio de las propiedades de tracción normalizadas para la resina pura y con NTH en las diferentes concentraciones. 45] atribuyeron el aumento inicial en el módulo elástico a la limitación de la movilidad y deformabilidad de la resina epoxi. La Figura 5.7 muestra las curvas de tensiones aplicadas en función de la densidad de microfisuras en los laminados.
Además, la formación de aglomerados de NTH fue lo que generó un notable aumento en la tenacidad a la fractura, en el caso de la matriz con un contenido del 10%.
MODELADO MULTIESCALA PARA LAMINADOS 0/90 LAMINADOS 0/90
La Figura 6.7 muestra la representación gráfica de la escala global y local, correspondiendo los superíndices 0 y 1 a cada escala. Se consideraron dimensiones suficientemente pequeñas para reproducir el comportamiento del material a microescala, ya que el tamaño de la escala del problema está lejos [141]. A escala local se definen las propiedades mecánicas tanto de las fibras como de la matriz.
Se calcularon las propiedades efectivas equivalentes de la capa a 0° (alineada con la dirección de carga), que se supuso que era homogénea y transversalmente isotrópica. Los valores se obtuvieron a partir de las propiedades de la fibra y la matriz, y su fracción en volumen (50%) mediante cálculos micromecánicos según Barbero [135]. La Figura 6.10 muestra el comportamiento del tensor de rigidez 𝑸 en función de la deformación para las tres mallas diferentes.
Los parámetros 𝑚 y 𝜆 se ajustaron a partir de los ensayos de tracción de la matriz epoxi Jef_0NT (Figura 6.16). Este modelo relaciona la fuerza de tracción sobre la superficie de las caras de la grieta 𝝈 y la separación entre estas 𝜹 (Figura 6.13). Se utilizó una implementación de CLT en Python desarrollada por el grupo de investigación.
La respuesta de la simulación se comparó con el resultado experimental realizado para el cálculo de E11. La Figura 6.18 muestra la evolución de la rigidez de un RVE en función de la deformación durante la carga uniaxial transversal en la dirección de la fibra. Además, el nivel de tensiones está asociado con el avance de las fisuras en las diferentes regiones de la curva Figura 6.18 b).
CONCLUSIONES Y TRABAJO FUTURO
Con ambas metodologías fue posible representar las curvas de densidad de microfisuras en función de la tensión aplicada. Asimismo, la buena correlación entre ambas técnicas (especialmente en la detección del umbral de microfisuras y la densidad de microfisuras a bajas cargas) permitió validar la técnica de emisión acústica para su uso fuera de condiciones de laboratorio, permitiendo el seguimiento de microfisuras en componentes reales como Los recipientes a presión hacen. Tras la implementación de técnicas de detección fiables, se continuó con el estudio de la influencia de las propiedades de la matriz del material compuesto sobre el fenómeno de microfisuras.
Se ha identificado que la resistencia y rigidez de la matriz son factores determinantes para la resistencia al microfisura, lo que proporciona el mejor comportamiento del sistema epoxi-anhídrido (An). En el Capítulo 5 se sugirió mejorar la resistencia a las microfisuras aumentando la tenacidad de la matriz. Se detectó el inicio de microfisuras en la interfaz M-F, lo que coincide con lo observado experimentalmente.
Sin embargo, la tensión inicial obtenida en las pruebas virtuales fue algo mayor a la observada en las pruebas experimentales, lo que se asoció con la falta de definición de defectos y delaminación en el modelo. En este trabajo de tesis se logró incrementar el conocimiento del proceso de microcraqueo desde un punto de vista empírico y modelando el fenómeno a escala micro y macro, y se establecieron métodos que permitirán incorporar el fenómeno en el diseño. y fases de desarrollo dimensionamiento de piezas estructurales. También será necesario modelar la delaminación entre las capas de 0° y 90°, lo que afectará el resultado de la microfisura.
Con estas mejoras, habrá una herramienta valiosa que considerará de manera integral todos los parámetros de la matriz, así como el efecto de la geometría.
Camanho, “Micro-mechanical analysis of the effect of layer thickness on the transverse compressive strength of polymer composites,” Compos. Ai et al., “Micro-cracking behavior of Fe3O4 modified epoxy/carbon fiber reinforced graphene oxide composites for cryogenic application,” Compos. Seferis, “Matrix and fiber influences on cryogenic microcracking of carbon fiber/epoxy composites,” Compos.
Wang, “Effect of residual stress on matrix fatigue cracking of rapidly cured epoxy/anhydride composites,” Compos. Verijenko, “Optimal temperature profiles for minimum residual stress in the curing process of polymer composites,” Compos. Mechanical properties of glass fiber composites based on cured modified epoxy resin with nitrile rubber,” Compos.
Dikin, “Effects of block copolymer dispersant and nanotube length on the reinforcement of carbon/epoxy composites,” Compos. Paipetis, "Effect of dispersion conditions on the thermo-mechanical and strength properties of multiwalled carbon nanotubes - reinforced epoxy," Kompos. Kim, “Mode II interlaminar fracture strength of carbon nanotube/carbon fiber composites intercalated with epoxy film,” Compos.
Tang et al., "Effects of unfolded and intercalated halloysites on mechanical properties of halloysite-epoxy nanocomposites", Compos.
![Figura 1.5. Vista de microfisuras en capa a 90 ° para laminados multidireccionales: a) [(S)/90] s y b) [90n/(S)] s siendo S una serie determinada de capas](https://thumb-us.123doks.com/thumbv2/123dok_es/12311981.0/26.918.287.692.116.460/figura-vista-microfisuras-laminados-multidireccionales-siendo-serie-determinada.webp)
