Estudio de la unión adhesiva fibra de carbono – aluminio en secciones tubulares

Abstract

El presente proyecto se centra en el estudio de la unión adhesiva entre el aluminio y la fibra de carbono presente en una suspensión de un monoplaza de Fórmula Student. En la actualidad, los brazos de la suspensión de los prototipos producidos por el ARUS Andalucía Racing Team están hechos en acero inoxidable, por lo que se busca poder comprobar si es viable utilizar la fibra de carbono para los brazos de la suspensión y las uniones de ellos hechas en aluminio, mediante el estudio de la unión adhesiva entre ambos materiales, y así seguir en la búsqueda de la disminución de peso del mismo. Para dicho estudio, se ha utilizado un modelo de elementos finitos realizado en Abaqus. Primero, se buscó poder conseguir un modelo base o modelo M0, donde simplemente se utilizaban las geometrías reales con los datos de partida. Posteriormente, una vez el modelo funcionó correctamente, se hicieron pequeñas variantes (modelos M1 y M2) para asegurarnos que el modelo base era correcto y que los datos y propiedades utilizadas eran apropiadas. Seguidamente, en el modelo M3, nos planteamos la posibilidad de si un moleteado en el inserto de aluminio podría mejorar las propiedades de la unión. Para ello, se hizo un nuevo modelo partiendo del modelo base, pero cambiando la geometría del aluminio y del adhesivo en el nuevo modelo. También, para buscar que las propiedades utilizadas sean reales, se han hecho dos tandas de ensayos experimentales, una de la unión carbono-carbono, y otra de la unión aluminio-aluminio, donde se han extraído los datos que caracterizan la unión del adhesivo utilizado con dichos materiales. Estos datos han sido utilizados para poder hacer una correlación numérico-experimental y así poder hacer un modelo M4 con las propiedades reales de los materiales utilizados en la fabricación del prototipo, y así saber el comportamiento real de la unión. Por último, se han sacado unas conclusiones del trabajo realizado, y se han planteado una serie de tareas a seguir si se quisiera profundizar y continuar con el estudio y mejora de esta unión adhesiva.

This project is focused on the study of the adhesive bond between aluminum and carbon fiber present in a suspension of a Formula Student car. At present, the suspension arms of the prototypes produced by ARUS Andalusia Racing Team are made of stainless steel, so it seeks to verify the feasibility of using carbon fiber for suspension arms and joints made of aluminum, by studying the adhesive bond between the two materials, and therefore continue in the search for weight reduction. For this study, we used a finite element model made in Abaqus. First, it sought to get a base or M0 model, where just the actual geometries with baseline data were used. Subsequently, once the model worked correctly, small variations (M1 and M2 models) were made to ensure that the base model was correct and that the data and properties used were appropriate. Then, in the M3 model, we considered the possibility of whether a knurled aluminum insert could improve the properties of the joint. To this end, it became a new model based on the base model, but changing the geometry of aluminum and adhesive on the new model. Also, to find that the properties used were real, there have been two rounds of experimental trials, one of the carbon-carbon bond, and other aluminum-aluminum bond, where we have extracted the data characterizing the union the adhesive used with such materials. These data have been used to make a numerical-experimental correlation and thus be able to do a M4 model with the actual properties of the materials used in the manufacture of the prototype, and know the actual behaviour of the union. Finally, conclusions have been drawn from the work done, and have raised a number of tasks to follow to deepen and to continue the study and improvement of the adhesive bond.