Diseño de ensayos cíclicos tracción-compresión en laminados de material compuesto carbono/epoxi usando láminas convencionales y ultradelgadas

Abstract

El objetivo de este trabajo reside en lograr realizar ensayos cíclicos sobre material compuesto carbono/epoxi, introduciendo cargas de compresión dentro del ciclo de fatiga, y evaluar si éstas, favorecen o retrasan la aparición del daño en la lámina de 90º en laminados cross-ply [04/90(n)]s, cuando se utilizan láminas ultradelgadas en lugar de láminas convencionales, siendo n el número de capas empleadas. La definición del ensayo cíclico consta de dos partes. Por un lado, se realizan ensayos de tracción y compresión estáticos independientes, con el objetivo de obtener la carga máxima de rotura de los laminados tanto a tracción como compresión. El objetivo es lograr aplicar un porcentaje de estas cargas como valores extremos de carga en los ensayos cíclicos. Para ello, se hace hincapié en buscar la configuración de ensayo óptima para compresión que evite los problemas de pandeo asociados al ensayo, lo que constituye la parte principal de este trabajo. Por otro lado, una vez encontrada la configuración idónea, se realizan ensayos a fatiga con el objetivo de analizar cada cierto número de ciclos, el daño ocasionado en la lámina de 90º. Este análisis se realiza para dos tipos diferentes de laminados con capa de 90º de gramaje ultradelgado y el otro convencional. El interés radica en observar y comparar la evolución del daño a fatiga con compresiones frente a estudios donde el ciclo de carga es tracción-tracción. Este trabajo se divide en dos partes: diseño del montaje anti-pandeo necesario para los ensayos, y por otro lado, los ensayos mecánicos necesarios, incluyendo desde la fabricación de las probetas en sala limpia, posterior curado, pulido y dimensionado de estas, hasta la obtención y análisis de los resultados junto a las diferentes conclusiones alcanzadas.

The objective of this work is to conduct cyclic tests on carbon/epoxy composite material by introducing compression loads within the fatigue cycle and evaluating whether these loads favor or delay the onset of damage in the 90º ply in cross-ply laminates [04/90(n)]s, when using ultra-thin plies instead of conventional ones, with n being the number of layers used. The definition of the cyclic test consists of two parts. On one hand, independent static tensile and compression tests are conducted to obtain the maximum breaking load of the laminates in both tension and compression. The aim is to apply a percentage of these loads as extreme load values in the cyclic tests. Emphasis is placed on finding the optimal compression test configuration to avoid buckling problems associated with the test, which is the main part of this work. On the other hand, once the optimal configuration is found, fatigue tests are conducted to analyze the damage caused in the 90º ply after a certain number of cycles. This analysis is performed for two different types of laminates, one with an ultra-thin 90º ply and the other with a conventional ply. The interest lies in observing and comparing the evolution of fatigue damage with compressions versus studies where the load cycle is tension-tension. This work is divided into two parts: the design of the anti-buckling setup necessary for the tests, and the mechanical tests themselves, including the fabrication of specimens in a clean room, subsequent curing, polishing, and dimensioning, leading up to the obtaining and analysis of the results and the various conclusions reached.