Evaluación experimental de la influencia de las tensiones residuales en la iniciación de grietas en laminados cruzados de material compuesto

Abstract

Los laminados cruzados de material compuesto formado por una matriz polimérica reforzada con fibras largas, por su configuración de capas con la fibra a 0º intercaladas con capas con la fibra a 90º, presentan un fuerte contraste entre sus propiedades termomecánicas en dichas direcciones entre capa y capa. Esto es debido a la ortotropía característica de este tipo de compuestos. De este modo, la configuración especialmente desfavorable mencionada provoca, según los estudios existentes en la literatura, la aparición de tensiones residuales térmicas provocadas por el curado realizado en el proceso de fabricación de estos materiales. El presente trabajo pretende comprobar experimentalmente la influencia de las dichas tensiones residuales de curado en la iniciación de grietas en laminados cruzados de compuestos de fibra de carbono/epoxy y contrastar las predicciones de los modelos de fallo existentes. Para llevar a cabo este estudio se han fabricado varios laminados cruzados de diferentes grosores con configuraciones semjantes, de los que se han obtenido las correspondientes probetas para ser esayadas a diferentes temperaturas, cubriendo un rango amplio que va desde temperaturas temperaturas bajo cero (en la escala Celsius), pasando por temperatura ambiente, hasta temperaturas altas que se acercan más a la de curado.

Cross-ply composite laminates made of a polymer matrix reinforced with long fibres present a high contrast between the thermoelastic properties from one layer to another due to the configuration of layers with the fibres oriented at 0º alternated with layers with the fibres at 90º. This is caused by the characteristic orthotropy of this kind of composites. Thus, the especially unfavorable configuration mentioned before, causes the appearance of residual thermal stresses provoked by the curing process during the fabrication of this material. The present work aims to experimentally evaluate the influence of residual thermal stresses on transverse cracking in cross-ply laminates made of carbon fibre and epoxy resin and compare the results with the ones obtained with the existing theoretical models. To carry out this study, various cross-ply laminates of different thicknesses and similar configurations have been fabricated from which several coupons have been machined in order to be tested at different temperatures, covering a large range of them which goes from negative temperatures (ºC), going thorugh room temperature, to higher temperatures closer to de curing temperature.