Envejecimiento acelerado de composites aeroespaciales por estrés térmico y mecánico.

Abstract

Los ensayos de vida altamente acelerada (HALT) de un determinado producto tienen como objetivo detectar defectos o debilidades de diseño y/o fabricación durante la etapa de desarrollo del mismo. Se basan en la aplicación de distintas condiciones ambientales, como ciclos térmicos con elevadas rampas de calentamiento/enfriamiento y/o vibración. Su objetivo es la reducción de costes de mantenimiento que el producto bajo análisis pudiera conllevar durante su vida en servicio por mal funcionamiento o fallo. En la primera fase del trabajo presentado se han aplicado ciclos térmicos a materiales compuestos aeronáuticos en diferentes atmósferas de ensayo. El efecto de fatiga térmica en este tipo de materiales implica oxidación (en atmósferas con contenido en oxígeno) y agrietamiento de la matriz debido a la diferencia entre los coeficientes de dilatación térmica entre la fibra de carbono y matriz epoxy. Dicha degradación y agrietamiento implica una variación en las propiedades mecánicas de los laminados. Con el fin de relacionar dicha degradación con las pérdidas de propiedades mecánicas, se han llevado a cabo ensayos de fatiga y de tracción estática en los estados de referencia y post envejecimiento del material. Por otro lado, para entender y caracterizar mejor el proceso de envejecimiento, se han realizado también inspecciones mediante microscopía óptica y tomografía computarizada. Esto permitirá cuantificar el daño infringido en el laminado a causa de la fatiga térmica con la pérdida de propiedades estructurales del mismo. En una segunda fase, y mediante ensayos específicos, presentados en este proyecto sobre uniones rigidizadas de material compuesto de fibra de carbono (CFRP), es posible evaluar el efecto combinado de ciclado térmico y cargas mecánicas estáticas en la degradación del material. Realizando una caracterización de la unión antes y después del envejecimiento. De manera similar se realizan inspecciones no destructivas y ensayos mecánicos en los estados de referencia y envejecido, para así poder relacionar el daño debido al proceso de envejecimiento, con la pérdida de propiedades mecánicas del componente. Por último, se presenta un modelo micromecánico de elementos finitos capaz de reproducir el proceso de agrietamiento de la matriz por fatiga térmica, incluyendo el efecto oxidativo del ensayo en atmósferas con contenido en oxígeno. Mediante un parámetro de daño definido en el mismo documento, es posible relacionar los resultados obtenidos mediante el modelado con los experimentales, y de esta manera seleccionar los parámetros del modelo que mejor ajusten el comportamiento simulado con los experimentos en laboratorio.