Estatica Y Resistencia De Los Materiales

MÉTODO BASADO EN VIBRACIONES PARA REALIZAR PRUEBAS DE FATIGA EN MATERIALES COMPUESTOS 1
Alexander Peralta 2, Frederick A. Just-Agosto 3 , David Serrano 4 y Basir Shafiq 5 Resumen: Normalmente la evaluación de vida en fatiga de diversos materiales, se caracterizan por ser largos y engorrosos debido a la baja frecuencia de trabajo (1-3 Hz en pruebas convencionales) y con un alto costo inicial enla adquisición de equipo. Este trabajo utiliza como método alternativo el concepto de vibraciones como herramienta de fatiga, con el objetivo de acelerar el proceso de evaluación de los materiales, trabajando en resonancia con los especímenes en estudio. En este trabajo se utilizó Foam FR-7140 y Compuestos Sándwich como materiales de prueba, logrando reducir el tiempo de prueba en 26 veces en elprimer caso y 43 veces en el segundo caso y para poder verificar la validez de estas pruebas, se comparó las curvas esfuerzo-número de ciclos obtenidas experimentalmente por pruebas convencionales de fatiga (“Three Point Bending”) y las curvas obtenidas por vibraciones, obteniéndose como error mínimo -1.25% en el caso del Foam y 1.9% en el caso de los Compuestos Sándwich. Palabras clave: compuestossándwich, ensayos de fatiga, ensayos de flexión en tres puntos, materiales compuestos, vida en fatiga.

VIBRATION BASED FATIGUE TESTING APPROACH FOR SANDWICH COMPOSITES
Abstract: Material fatigue testing, in general, is a long a tedious process which takes place at between 1 and 3 Hz and requires an initial high cost equipment expense. The work presented in this paper presents an alternativevibrations based approach to the traditional fatigue testing methods. The motivation for the vibration based approach is to reduce the time and related cost required to produce fatigue testing data. The technique described uses a specimen designed to vibrate with a mode shape that resembles the displacement of a traditional specimen in three point bending. The approach was tested using Foam FR-7140and sandwich composites consisting of carbon fiber facesheets and foam cores. The results were validated by repeating the fatigue tests using conventional three point bending tests on these materials. The resulted demonstrated that the vibrations based approach produced testing times 26 times shorter for the foam specimens and 43 times shorter for the sandwich composites with an error of the orderof -1.25% in the foam specimen and 1.9% for the sandwich composite specimens. Keywords: composite materials, fatigue life, fatigue testing, sandwich composites, three point bending tests. INTRODUCCIÓN La evaluación de la vida útil en fatiga de los materiales de ingeniería es un paso fundamental entre el diseño y la utilización de productos nuevos. El uso de materiales compuestos para eldesarrollo de nuevos productos se hace cada vez más popular en todos los aspectos de la ingeniería. A nivel estructural, la aplicación de materiales compuestos ha encontrado un mercado emergente en la construcción de puentes, estructuras de contención de tierras, materiales de construcción para edificios y para la rehabilitación estructural de estos, dado que la sustitución de estructuras es muy costosa ycasi prohibitiva. Para la reconstrucción o para la creación de nuevas infraestructuras, los materiales compuestos traen numerosas ventajas, incluyendo menor peso, alta durabilidad, resistencia a la corrosión, estabilidad dimensional, bajo costo de mantenimiento y de instalación. El éxito en el mercado dependerá en gran medida a la capacidad de estos materiales en garantizar la seguridad; por talmotivo, se ha desplegado un enorme esfuerzo en la
1
2

Artículo recibido el 11 de agosto de 2009 y aceptado el 12 de septiembre de 2010. Estudiante Graduado, Universidad de Puerto Rico, Departamento de Ingeniería Civil, Mayagüez, PR 00681-9001. 3 Universidad de Puerto Rico, Departamento de Ingeniería Mecánica, Mayagüez, PR 00680-9001. E-mail: fjust@me.uprm.edu 4 Universidad de Puerto Rico,...