Estudio de la respuesta dinámica de placas laminadas de material compuesto de fibra de carbono y matriz epoxi reforzada con nanotubos de carbono

Abstract

Los materiales compuestos presentan un gran interés tecnológico ya que poseen en general extraordinarias propiedades mecánicas, entre las que destacan su elevada resistencia específica. Entre ellos destacan los materiales compuestos de fibra de carbono, los cuales están presentes en multitud de aplicaciones y en muy diversos ámbitos de la ingeniería. En general, en la mayoría de los casos, estos compuestos son empleados en forma de paneles o laminados en estructuras que están sometidas a solicitaciones dinámicas. En los últimos años se viene desarrollando un gran interés por los llamados nanocompuestos de carbono (es decir, una matriz reforzada con nanoaditivos, como son los nanotubos de carbono -CNTs-), debido a las excelentes mejoras de las propiedades que se obtienen. Este proyecto explora la posibilidad de mejorar la respuesta dinámica de los paneles de fibra de carbono/epoxi, mediante el enriquecimiento de la matriz epoxi con la adición de CNT. Para ello se va a estudiar cómo afecta la adición de CNTs en las frecuencias naturales y los modos de vibración de diversos tipos de paneles laminados (simples y compuestos). Para estudiar el compuesto de tres fases propuesto, se desarrollan herramientas computacionales de homogenización en MATLAB, y de análisis modal basadas en el método de los elementos finitos con ANSYS para realizar los ensayos de forma virtual. Tras validar dichas herramientas computacionales, se muestran los diferentes resultados obtenidos.

Composite materials are of great technological interest since they generally have extraordinary mechanical properties, among which stand out their high specific resistance. These include carbon fiber composite materials, which are present in many applications and in many different fields of engineering. In general, in most cases, these composites are used such as panels or laminates in structures that are subjected to dynamic stresses. In recent years, a great interest has been developed in the carbon nanocomposites (that is, a matrix reinforced with nanoadditives, such as carbon nanotubes -CNTs-), due to the excellent improvements in the properties that are obtained. This project explores the possibility of improving the dynamic response of carbon fiber / epoxy panels, by enriching the epoxy matrix with the addition of CNT. To do this, we will study how the addition of CNTs affects the natural frequencies and vibration modes of various types of laminated panels (simple and composite). To study the proposed three-phase compound, computational tools for homogenization in MATLAB, and modal analysis based on the finite element method with ANSYS are developed to perform the tests virtually. After validating these computational tools, the different results obtained are shown.