Estudio de caracterización de materiales laminados de fibra de carbono sin y con defectos de ondulación mediante técnicas DIC

Abstract

[ES] Actualmente, el desarrollo tecnológico de muchas industrias está muy relacionado con el avance de los materiales compuestos. Desde hace varias décadas, ha habido una demanda creciente de materiales más rígidos y resistentes, que permitieran al mismo tiempo reducir el peso de los componentes. Eran tantos los requisitos necesarios para cubrir las necesidades, que se pensó en combinar materiales con diferentes propiedades para poder satisfacerlas. Por ello, los materiales compuestos se presentan como una gran alternativa gracias a su bajo coste y sus altas propiedades mecánicas. Este proyecto se centra en la caracterización de materiales laminados de fibra de carbono con y sin defectos de ondulación mediante técnicas ópticas. Para ello, se estudiarán las deformaciones y los desplazamientos que sufrirán diferentes probetas fabricadas con diferentes orientaciones. Se ensayarán laminados orientadas a 0º, 90º y 45º, y se obtendrán las propiedades mecánicas correspondientes a cada una. A continuación, mediante la Teoría Clásica de Laminados (TCL) se predecirán las propiedades aparentes del material para posteriormente validar los resultados experimentales. Durante los ensayos se aplicará una técnica óptica denominada DIC (Digital Image Correlation), que consiste en la medición óptica del desplazamiento que sufre la probeta, para posteriormente obtener mediciones precisas de la deformación de la probeta. Para este estudio, se tendrán en cuenta laminados que no presentan defectos, y laminados que presentan defectos de ondulación fuera del plano de las láminas CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) que conforman el material. Este defecto es común durante la fabricación de este tipo de materiales debido a la introducción de la resina a alta presión, produciendo el arrugamiento de las láminas. Las ondulaciones actúan como concentradores de tensiones y pueden afectar considerablemente la vida en servicio del material si no se detectan adecuadamente.

[CAT] Actualment, el desenvolupament tecnològic de moltes indústries està molt relacionat amb l'avanç dels materials composts. Des de fa diverses dècades, hi ha hagut una demanda creixent de materials més rígids i resistents, que permetessin al mateix temps reduir el pes dels components. Eren tants els requisits necessaris per a cobrir les necessitats, que es va pensar a combinar materials amb diferents propietats per a poder satisfer-les. Per això, els materials composts es presenten com una gran alternativa gràcies al seu baix cost i les seves altes propietats mecàniques. Aquest projecte se centra en la caracterització de materials laminats de fibra de carboni amb i sense defectes d'ondulació mitjançant tècniques òptiques. Per a això, s'estudiaran les deformacions i els desplaçaments que sofriran diferents provetes fabricades diferents orientacions. S'assajaran laminats orientats a 0°, 90º i 45º, i s'obtindran les propietats mecàniques corresponents a cadascuna. A continuació, mitjançant la Teoria Clàssica de Laminatges (TCL) es previndran les propietats aparents del material per a posteriorment validar els resultats experimentals. Durant els assajos s'aplicarà una tècnica òptica denominada DIC (Digital Image Correlation), que consisteix en el mesurament òptic del desplaçament que sofreix la proveta, per a posteriorment obtenir mesuraments precisos de la deformació de la proveta. Per a aquest estudi, es tindran en compte laminats que no presenten defectes, i laminatges que presenten defectes d'ondulació fora del pla de les làmines CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) que conformen el material. Aquest defecte és comú durant la fabricació d'aquesta mena de materials a causa de la introducció de la resina a alta pressió, produint l’arrugament de les làmines. Les ondulacions actuen com a concentradors de tensions i poden afectar considerablement la vida en servei del material si no es detecten adequadament.

[EN] Today, the technological development of many industries is closely related to the advancement of composite materials. For several decades, there has been an increasing demand for stiffer and stronger materials, which at the same time allow the weight of the components to be reduced. The requirements to meet these needs were so great that the idea was to combine materials with different properties in order to satisfy them. Composite materials are therefore presented as a great alternative thanks to their low cost and high mechanical properties. This project focuses on the characterization of carbon fiber laminates with and without corrugation defects using optical techniques. To this end, the deformations and displacements undergone by different specimens manufactured in different orientations will be studied. Laminates oriented at 0º, 90º and 45º will be tested, and the mechanical properties corresponding to each one will be obtained. Then, by means of the Classical Lamination Theory (CLT), the apparent properties of the material will be predicted in order to validate the experimental results. During the tests, an optical technique called DIC (Digital Image Correlation) will be applied, which consists of the optical measurement of the displacement suffered by the specimen, in order to subsequently obtain precise measurements of the specimen deformation. For this study, laminates with no defects will be considered, and laminates with out-ofplane waviness defects in the CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) sheets that make up the material. This defect is common during the manufacture of this type of material due to the introduction of the resin at high pressure, producing the wrinkling of the sheets. The corrugations act as stress concentrators and can considerably affect the service life of the material if they are not properly detected.