Estudio experimental del efecto escala en materiales compuestos de fibra de carbono empleando láminas ultradelgadas.

Abstract

A diferencia de los metales, los materiales compuestos aún presentan muchas incógnitas sobre su comportamiento. El hecho de que sean materiales heterogéneos y no isótropos hace que el estudio de los mismos sea notablemente complicado. En concreto, un aspecto de gran relevancia por su utilidad práctica son los múltiples mecanismos de daño que presentan, que son muy variados y complejos. Se sabe que el empleo de láminas ultradelgadas conlleva un retraso en la aparición del primer daño crítico en el material. Sin embargo, el motivo por el que se produce este fenómeno conocido como efecto escala no está del todo claro. Recientemente, se ha propuesto por parte del GERM una explicación basada en conceptos energéticos que daría respuesta al por qué de este suceso. [1] Los resultados experimentales obtenidos previamente en [1] han suscitado nuevas cuestiones relativas a la aparición y crecimiento de los primeros daños en el material, que son a las que se les pretende dar respuesta en este Trabajo de Fin de Máster. De este modo, el objetivo de este trabajo es ampliar el estudio mencionado mediante la fabricación y ensayo de nuevos laminados [012/90n]s con un espesor variable de la lámina de 90° para analizar el mecanismo de daño que se manifiesta en cada caso y su evolución. Concretamente, se emplearán láminas ultradelgadas de 50 gsm para obtener 3 paneles con un espesor de la lámina de 90° de 300, 600 y 1200 gsm que, sumados a los 5 ya fabricados de 50, 100, 200, 400 y 800 gsm permitirán cubrir un rango de espesores muy amplio para comparar con la predicción teórica.

Unlike metals, composite materials still have many unknows about their behaviour. As they are heterogeneous and non-isotropic materials, their study is remarkably complicated. Specifically, an aspect of great relevance due to its practical utility is the multiple damage mechanisms they present, which are very varied and complex. It is known that a decrease in the thickness of a ply oriented at 90° respect the load direction entails a delay in the appearance of the first critical damage in the material. However, the reason for this phenomenon known as scale effect is not entirely clear. Recently, an explanation physically based which has been proposed by the GERM would provide an answer to the reason for this event. [1] The experimental results obtained in [1] have raised new questions related to the appearance and growth of the first damages in the material, which are the ones we intend to answer in this Master’s Thesis. Thus, the aim of this TFM is to extend the previously mentioned study by manufacturing and testing new [012/90n]s laminates with a variable thickness of the 90° ply in order to analyse the damage mechanism that appears in each case and its evolution. Specifically, ultra-thin plies of 50 gsm will be used to obtain 3 panels with a 90° ply thickness of 300, 600 and 1200 gsm which, added to the 5 already manufactured of 50, 100, 200, 400 and 800 gsm, will cover a very wide range of thicknesses to compare with the theoretical prediction.