pruebas biaxiales en materiales compuestos

Fabricación de probetas
Introducción
Un componente o una pieza ingenieril se ve sometida a diferentes estados de estrés durante su vida útil, es por ello que la demanda por ensayos que simulen con precisión las condiciones finales de uso se han incrementado notablemente en los últimos tiempos. Una pieza o artículo terminado puede sufrir golpes o choques de distinta naturaleza y de muydiferentes características, siendo el impacto el estado de solicitación más severo al que se encuentran expuestas las piezas en servicio. Es por ello que las pruebas de carga biaxial con probetas cruciformes, es hoy en día una de las más útiles, y tanto el diseño como la fabricación de estas probetas es de suma importancia para la obtención de resultados confiables.
Procedimiento experimental
Eldiseño óptimo de estas probetas se llevo a cabo con una serie de experimentos con aluminio 7075, respetando la prueba de la norma ASTM E 8M-94 a.
Las pruebas constaron en las siguientes:
Se analizaron cuatro geometrías de probetas 3 de ellas cruciformes, como se puede observar en las imágenes:Nombrando de la siguiente manera:
A: geometría B-1 B: geometría B-2
C: geometría B-3 D: geometría B-4
Como antes mencionado se utilizó como material de prueba el aluminio 7075 cuyas propiedades mecánicas están descritasen la tabla siguiente:





El estudio de las cargas se realizó con el programa de análisis de elemento finito ABAQUS/estándar.
Las simulaciones permitieron presentar resultados de las tensiones y deformaciones en las direcciones de aplicación de la carga, para su análisis se utilizo una serie de puntos estratégicamente puestos para comparar los resultados sobre las cuatro geometrías,los puntos de observan en las siguientes imágenes:






Imagen1
Los resultados arrojados se presentan en la siguiente tabla, correlacionando las geometrías con la deformación que se obtuvo en cada uno de los puntos y mostrando la relación entre la deformación en cada uno de los puntos con la deformación promedio en la zona de impacto.







En lasiguiente figura se observa una representación de las tensiones por el método de Von Mises arrojado por el programa de elemento finito.






Imagen 2

Diseño de probeta cruciforme con material compuesto
Como se ha mencionado lo que se busca en el diseño y fabricación de este tipo de probetas cruciformes es que la distribución de esfuerzos sea uniforme entre la zona critica delcruciforme, la geometría utilizada para la prueba con el aluminio cumple también para materiales compuestos, como el MCRF (material compuesto polimérico reforzado con fibras textiles) epóxido/fibra de vidrio textil bidireccional que se utilizo para fabricar las siguientes probetas cruciformes para ser analizadas, (ver imagen 7)





Imagen 7
El análisis se llevoa cabo con un paquete de análisis de elemento finito y se obtuvieron los siguientes resultados mostrados en las imágenes 8 y 9.







Imagen 8
La imagen 8 muestra la concentración de esfuerzos en la probeta con filetes en las esquinas, que esta muestra una distribución casi uniforme, manteniendo las deformaciones cortantes aproximadas a cero, en la zona crítica mostrada con el romboide.Imagen 9
En la imagen 9 se muestra la otra probeta cruciforme con un radio de filete menor a la anterior, y se puede observar que su distribución se esfuerzos cortantes principalmente en los filetes, es más homogénea que la probeta pasada.
Fabricación de probetas con materiales compuestos
El proceso de fabricación de estas probetas biaxiales, es mucho más complicado que el...