Capítulo 3: Arquitectura de los refuerzos

Transcripción

1 Capítulo 3: Arqutectura de los reuerzos Consderacones generales Fraccón volumétrca y raccón en peso Empaquetamento de las bras Dstrbucón rregular de las bras y partículas Fbras largas Lamnados Reuerzos tejdos Caracterzacón de la orentacón de bras en un plano Fbras cortas Dstrbucón trdmensonal de orentacones Dstrbucón de longtudes Orentacón de las bras durante la abrcacón Porosdad

2 Consderacones generales Fraccón volumétrca y raccón en peso Generaldades Lo habtual es utlzar la raccón volumétrca, pero a veces tambén la raccón en peso. La conversón se realza así: W = V V ρ ρ + V ρ m m V = W W ρ ρ + W ρ m m V,m : raccón volumétrca W,m : raccón en peso ρ,m : densdad

3 Consderacones generales MATERIALES COMPUESTOS Empaquetamento de las bras (I) Formas de dsponer las bras En una lámna undrecconal, las bras se dsponen paralelas, en orma de matrz cuadrada o hexagonal. La dsposcón en matrz hexagonal permte mayor raccón volumétrca de bras 2R 2R h h 2r 2r V 2 π r = V = 0785 ' 4 R max π h = 2 4V 12 / 1 r V = π r V = 0907 ' 2 3 R max h = π 2 2V / 1 r

4 Empaquetamento de las bras (II) Eecto de la raccón volumétrca de bras en el espacado entre bras Espacado relatvo entre bras, h /r Dsposcón hexagonal Dsposcón cuadrada Fraccón volumétrca de bras, V

5 Empaquetamento de las bras (III) Ejemplos para bras de rado grande (> 100 µm) matrz cuadrada matrz hexagonal T-6Al-4V/SC

6 Consderacones generales MATERIALES COMPUESTOS Dstrbucón rregular de las bras Generaldades La dsposcón teórca no se cumple en la realdad Tenden a aparecer zonas con bras muy juntas y otras cas sn bras lámnas no homogéneas Aparecen contactos entre bras Como consecuenca de lo anteror, es dcl obtener V mayor de 0 7 Dcultad adconal: con V alto, es dícl la nltracón (mayor P) y aparece porosdad

7 Fbras largas Compuestos lamnados Generaldades Los compuestos de altas prestacones conssten, habtualmente, en lámnas apladas Para deducr las propedades del conjunto, se consdera homogénea cada lámna Cada lámna vene determnada por la orentacón y tpo de las bras Una lámna undrecconal capa. Aplamento de capas lamnado. Notacón Se descrbe, smplcada, la secuenca de aplamento de bras, por su ángulo con reerenca a x (dreccón prncpal de aplcacón de carga). R c reuerzo aleatoro de bra corta. Subíndces espesores o repetcones x x [ R / ±45 / R ] out c c n [( 0/ 90) 2 ] s

8 Fbras largas Reuerzos tejdos MATERIALES COMPUESTOS Tpos de reuerzos tejdos Tejdos Tejdo convenconal con haces de bras a 90º Bastante lexble, útl para estructuras no planas, cargas excéntrcas, mpactos,... Parámetros: ángulos, relacón de bras en haces, espacado del tejdo Zonas de sólo matrz; V menor que en lamnados Trenzados Muy utlzado en tubos. Smlar a los tejdos Cota de malla Fbras no contnuas en haces con orma de grapa Pueden mezclarse con bras largas Baja V Estera Haces de bras relatvamente largas, dspuestas al azar en el plano Propedades sótropas en el plano Sencllo de abrcar muy barato. Baja V Trama Urdmbre

9 Fbras largas Reuerzos tejdos. Ejemplos (I) MATERIALES COMPUESTOS SC/C/SC tejdo en dos dreccones

10 Fbras largas Reuerzos tejdos. Ejemplos (II) MATERIALES COMPUESTOS Estera antes de ser nltrada la resna

11 Fbras largas Caracterzacón de la orentacón de bras en un plano Hstogramas normalzados de dreccones Se obtenen dvdendo las orentacones en sectores de ángulo (5º, 10º, ) El rado de cada sector es proporconal a la raccón de bras con esa orentacón. La suma de los rados debe ser el 100% Permten comprobar la posble ansotropía de un reuerzo aleatoro Pueden obtenerse por análss automátco de magen

12 Fbras cortas MATERIALES COMPUESTOS Dstrbucón de orentacones 3D (I) Obtencón expermental de las meddas de orentacón 3D Se supone que las bras son clndros rectos de seccón crcular La orentacón se puede descrbr con dos ángulos:α y β Obtencón: Transparenca (luz ó rayos-x) z Analzador de magen β t 2a 2b α l p α y Re. x β = arctan t L p β = arcsn b a

13 Dstrbucón de orentacones 3D (II) Representacón: la proyeccón estereográca

14 Fbras cortas Dstrbucón de longtudes MATERIALES COMPUESTOS Generaldades El procesamento del materal puede producr racturas Formas de determnar la dstrbucón de longtudes: Indrectas: a partr de la medda de propedades mecáncas que dependan de ella y luego deducrla: - Poco ables - Sólo aptas para control de caldad Drectas: dsolver la matrz, para extraer las bras y realzar la medda: - Drectamente en mcroscopo: lento y caro - Por tamzado: da lugar a errores que alsean la medda Longtud meda Meda en número: L Meda en peso: N L W = NL N 2 2 WL N 2π r ρl = ; s r = cte L = = W 2 W N 2π r ρl N N L L 2

15 Fbras cortas Orentacón de las bras durante la abrcacón Generaldades Durante la abrcacón, puede producrse una orentacón preerente de los whskers El lujo de una mezcla vscosa avorece la orentacón La magntud de la orentacón depende del campo de lujo La nyeccón en moldes, el lamnado y la extrusón avorecen especalmente este enómeno Problema: se perde la sotropía

16 Porosdad Generaldades Grandes cavdades debdas a deectos en la abrcacón Pequeños poros cercanos a las bras, debdos a nltracón ncompleta Poros en zonas rcas en matrz o entre lámnas Cuantcacón Por observacón mcroestructural Fraccón supercal en una seccón pulda aleatora raccón volumétrca Poca precsón: - Los poros más pequeños no se ven - Los grandes se pueden conundr con eectos del puldo Lento y caro: hay que medr muchas seccones para obtener un valor able A partr de meddas de la densdad del materal Normal Con porosdad supercal ρ = WaρL WLρa W W a L W: pesos a: are L: líqudo ρ = W W W W W ca cl ca ua ρl ρa ρc ρa c: con recubrmento ua 1 + ρa