termografia

SIMULACIÓN NUMÉRICA Y ESTUDIO PARAMÉTRICO DE UN MÉTODO
TÉRMICO PARA LA DETECCIÓN DE DAÑOS EN METALES Y
MATERIALES COMPUESTOS TIPO CARBONO-CARBONO
Arlex Chaves 1, Sandra Coutin2 y Frederick Just2
Resumen Esta investigación se propuso estudiar la factibilidad de aplicar un método
térmico como alternativa para detectar daños en materiales compuestos tipo Matriz de
Carbono-Fibra de Carbono. Seestudian los cambios mostrados en los perfiles de temperatura
cuando se hace pasar un flujo de energía calorífica a través de un material. Estos cambios se
usan como criterio para localizar el daño. Usando el método de elementos finitos se
modelaron placas de aluminio y material compuesto, lográndose validar el método
analíticamente. Se evaluó la influencia de varios factores en lasensitividad del método, tales
como: la profundidad del daño, el intervalo de detección del daño y las dimensiones
geométricas del daño.
Palabras Claves: detección de daño, elementos finitos, ensayos no destructivos, materiales compuestos, métodos
termográficos.

NUMERICAL SIMULATION AND PARAMETRIC STUDY OF A THERMAL
METHOD FOR DAMAGE DETECTION IN METALS AND CARBONCARBON TYPE COMPOSITE MATERIALSAbstract: This research work studied the viability of applying a thermal method to detect
damages in metals and carbon-carbon type composite materials. Relevant changes in the
temperature profiles were used as the main criterion when a heat flux travels through the
material. Aluminum and composite plates were numerically simulated using the finite
elements method. The influence of variousparameters in the thermal method sensitivity was
also evaluated, parameters such as: the damage depth, time interval for the damage detection
and geometric dimensions of the damage.
Keywords: composite materials, damage detection, finite element, non-destructive tests,
thermography based methods.
INTRODUCCIÓN
Los métodos no destructivos son todos aquellos métodos de prueba usados para examinar unobjeto, material o
sistema sin deteriorar su utilidad en el futuro. Son usados para detectar variaciones en las propiedades de las estructuras,
cambios diminutos en superficies finas, fallas u otras discontinuidades físicas. Estos métodos han logrado gran
aceptación dentro del mercado de los materiales tanto metálicos como compuestos, ya que con su uso se asegura la
integridad del material, seevitan fallas previniendo accidentes y se reducen costos de manufactura. La termografía está
considerada dentro de una de las categorías básicas de los métodos de prueba no-destructivos. Se distingue por utilizar
como fuente de energía radiación térmica sobre el espécimen de prueba, para luego a partir del perfil de enfriamiento
(recuperado por medio de una cámara termográfica), interpretarlospara detectar daños en el material (The American
Society for Non-destructive Testing, 2003; Mendelis, 1994).
Esta técnica presenta mayor utilidad en materiales compuestos, debido a que éstos son sensibles a impactos que
pueden producir daños internos invisibles sobre la superficie, mientras los materiales metálicos son más sensibles a
1
Estudiante Graduado, Departamento de Ingeniería Mecánica,Universidad de Puerto Rico, Mayagüez, PR 00681-9045.
arlexchaves@hotmail.com
2
Catedrático, Departamento de Ingeniería Mecánica, Universidad de Puerto Rico, Mayagüez, PR 00681-9045. fjust@me.uprm.edu

Rev. Int. de Desastres Naturales, Accidentes e Infraestructura Civil. Vol. 4(2) 141

corrosión y a fallas por fatiga. En el estudio sobre la viabilidad de estos métodos, la modelaciónmediante métodos
numéricos ofrece gran ayuda en la investigación de los efectos de la geometría del daño sobre la detección y en el diseño
de la configuración experimental de la prueba. La simulación numérica también permite responder preguntas surgidas a
lo largo de la experimentación, como lo es el definir de forma precisa el límite de detectabilidad de la prueba y el campo
de aplicación de la...