Análisis de la respuesta mecánica en corte puro para materiales compuestos

Abstract

Es un hecho que los materiales compuestos, en especial los polimeros reforzados con fibras, son un potencial sustituto de los metales para aplicaciones estructurales, sin embargo se debe profundizar en el estudio de su comportamiento mecánico para así optimizar su utilización. Utilizando modelos de daño, en torno a un ambiente de elementos finitos, es posible mejorar el uso de estos materiales obteniendo resultados confiables. Estos modelos toman en cuenta la degradación de las propiedades mecánicas (daño) y su evolución con respecto a la deformación plástica, la cual influye fuertemente cuando la estructura está sometida a esfuerzos de corte. En el estado de corte se aprecia una curva esfuerzo-deformación no lineal, lo cual es producto del comportamiento elástico perfectamente-plástico de la matriz, lo que permite que las láminas se deslicen entre sí y produzcan un efecto denominado efecto tijeras. Esta tesis se enfoca en la caracterización de un polímero reforzado con fibras en función de un modelo de daño de mesoescala, que trabaja a nivel laminar del compuesto y son capaces de predecir el comportamiento no lineal presente en un estado de corte. Adicionalmente se describen los procesos para determinar los parámetros del modelo de daño, simplificado al estado de corte en el plano. La existencia de diferentes tipos de refuerzos (tejidos) lleva a esta investigación a profundizar sobre su influencia en el comportamiento mecánico, ya que con los tejidos bidireccionales se presume una mejor resistencia a esfuerzos de corte que con tejidos unidireccionales, ya que podrían minimizar el efecto tijeras presente por las fibras entrecruzadas que define la lámina del compuesto, sin embargo los resultados obtenidos demuestran que no hay diferencias en el estado de corte para los distintos tejidos estudiados. Utilizando un modelo de daño implementado en un código de elementos finitos se demuestra la capacidad de predecir el comportamiento del material, la degradación de propiedades y la deformación permanente bajo distintas cargas, específicamente esfuerzos de corte y se demuestra que el modelo de daño no es especifico para cierto tipo de tejido, sino que es capaz de predecir correctamente el comportamiento para cualquier configuración utilizada. Conjuntamente se muestran estructuras con las cuales se validaron los parámetros determinados, obteniendo resultados satisfactorios.