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Title:	Bases para el Diseño de Materiales Compuestos Estructurales con Enfoque en Tolerancia al Daño
Authors:	Alcudia Zacarias, Enrique%550160
Issue Date:	2016-12-21
Publisher:	Tecnológico Nacional de México
metadata.dc.publisher.tecnm:	Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico
Description:	En este trabajo se presentan las bases de una metodología para el diseño de materiales compuestos estructurales con enfoque en tolerancia al daño en función de la fracción de volumen de fibras, orientación de las fibras y secuencia de apilado; esta metodología permite prolongar la vida a fatiga del material compuesto a través de recomendaciones de diseño. El concepto de daño propuesto por Mao-Mahadevan y el modelo para la predicción de la evolución del daño a fatiga de Shiri se utilizaron con el propósito de determinar de forma cuantitativa cómo influyen la fracción de volumen de fibras, la orientación de las fibras y la secuencia de apilado en la degradación del material compuesto al ser sometido a cargas cíclicas; por lo tanto, se realizó un estudio experimental que involucra: a) la selección de los parámetros para el estudio del daño por fatiga, el diseño del material compuesto de acuerdo a las variables de estudio; b) la selección de un método de manufactura; y c) la planeación para realizar las pruebas de materiales compuestos en la máquina de ensayos. A continuación se describen las recomendaciones de diseño que se determinaron a través del análisis de los resultados:  En la variable de diseño de fracción de volumen de fibras se determinó que en presencia de una fracción de volumen de matriz predominante dentro de un material compuesto laminado, la fracción más importante de acumulación del daño ocurre en la etapa temprana de la vida a fatiga; sin embargo, al final de la vida a fatiga, esta condición permite mejorar la redistribución de los esfuerzos dentro del laminado, por lo tanto, las láminas que soportan principalmente la carga (láminas a 0°) son capaces de soportar una mayor cantidad de ciclos de carga antes de fallar completamente. Este comportamiento se observó en el laminado [0/+45/-45]s, en el cual se obtiene un aumento en la vida a fatiga del 19.8% a través de una disminución del 0.198 en la fracción de volumen de fibras.  En la variable de diseño de orientaciones de las fibras se determinó que en presencia de capas de fibras orientadas a 75° con respecto al eje de carga, dentro de un material compuesto laminado, ocasiona que la vida a fatiga sea menor en comparación con un laminado que contiene capas de fibras orientadas a 45°. En esta condición, la fracción más importante de acumulación del daño ocurre en la etapa temprana de la vida a fatiga, el cual consiste en un alto nivel de agrietamiento de la matriz en los bordes libres del material compuesto que ocasiona la delaminación de grupos de fibras en las láminas, por lo cual, al final de la vida a fatiga, el alto nivel de daño en las láminas que soportan principalmente la carga (capas de fibras a 0°) acorta la vida a fatiga del material compuesto. Este comportamiento se observó en el laminado [0/+75/-75]s, en el cual se obtiene una reducción en la vida a fatiga del 17.8% en comparación con una configuración [0/+45/-45]s.  En la variable de diseño de secuencia de apilamiento se determinó que en presencia de las capas de fibras orientadas a 0° en el exterior del laminado ocasiona una menor vida a fatiga en comparación con un laminado que contiene las capas de fibras a 0° en el plano simétrico. En esta condición, el estado de la redistribución de los esfuerzos interlaminares genera un bajo nivel de agrietamiento de matriz en la etapa temprana de la vida a fatiga; sin embargo, al final de la vida a fatiga, el estado de la redistribución de esfuerzos interlaminares disminuye el número de ciclos a la ruptura de las capas de fibras a 0°. Este comportamiento se observó en el laminado [0/+45/-45]s y [+45/-45/0]s, la presencia de las capas de fibras orientadas a 0° en el exterior de una configuración [0/+45/-45]s genera una disminución en la vida a fatiga del 79.6% en comparación con un laminado que contiene las capas de fibras orientadas a 0° en el interior de la configuración [+45/-45/0]s.
metadata.dc.type:	info:eu-repo/semantics/masterThesis
Appears in Collections:	Tesis de Maestría en Ingeniería Mecánica

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