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Tesis

Caracterización de laminados de materiales compuestos a través de ensayos mecánicos y emisión acústica

2018



TesistaLucas Agustín OMERZU CADORINI
Ingeniero de Sonido Universidad Nacional de Tres de Febrero - Argentina
Magíster en Ciencia y Tecnología de Materiales - Instituto Sabato UNSAM/CNEA - Argentina
DirectorDr. Martín Pedro GÓMEZ. CNEA, UNSAM - Argentina
CodirectorEsp. Aníbal Adrián RODRÍGUEZ.   CNEA, UNSAM - Argentina
Lugar de realizaciónProyecto ICES - Grupo de Ondas Elásticas - Gerencia Desarrollo Tecnológico y Proyectos Especiales
División Materiales Avanzados - Gerencia Materiales
Centro Atómico Constituyentes - CNEA - Argentina
Fecha Defensa03/05/2018
JuradoDr. Alfredo HAZARABEDIAN.   CNEA, UNSAM  - Argentina
Dr. Juan Ignacio MIEZA.   CNEA, UNSAM - Argentina
Dr. Ezequiel Martín PÉREZ.   INTI, UBA, CONICET - Argentina
CódigoITS/TM 192/18

Título completo

Caracterización de laminados de materiales compuestos a través de ensayos mecánicos y emisión acústica

Resumen

En este trabajo se analiza el comportamiento mecánico de diferentes probetas de materiales compuestos que poseen características constructivas y resistencias particulares, caracterizándolas por medio de ensayos de flexión en tres puntos y Emisión Acústica. Los especímenes provienen de laminados de fibra de carbono con resina de cianato éster o epoxi, cuyas fibras están orientadas en la misma dirección o alternando sus capas en una secuencia de apilamiento de [0°/90°], y fabricados con materia prima en buenas condiciones o vencida. También se estudian cupones curvos provenientes de una sección de tubo circular y un laminado más ancho con fibras de vidrio entretejidas a las fibras de carbono. Con estas variables, se obtienen las características específicas de cada lote de probetas y se comparan entre sí para poder comprender los mecanismos de falla que ocurren durante las solicitaciones mecánicas, así como su relación con los distintos parámetros mecánicos y acústicos.

Los resultados mostraron que las probetas fabricadas con material vencido tienen una resistencia mecánica comparable a la resistencia de las que están fabricadas con material nuevo, y que en el caso vencido la resina es la parte que más se deteriora. La Emisión Acústica detectó los daños tempranos y tardíos producidos en cada probeta, siendo las cuentas y la energía los parámetros que mejor indican el comienzo de cada uno de ellos, respectivamente. Las pruebas en las que se detuvo la flexión antes de alcanzar la carga máxima, junto con las micrografías de los especímenes ensayados, permitieron estudiar y comprender el progreso del daño en las probetas con matriz de cianato éster, revelando que los primeros daños son micro roturas de fibras en los laminados unidireccionales, y también delaminaciones menores en los bi-direccionales.

El objetivo principal y los objetivos específicos pudieron cumplirse.

Palabras clave: Materiales compuestos CFRP; Emisión acústica; Ensayo de flexión en tres puntos; Progreso del daño

Complete Title

Characterization of laminates of composite materials through mechanical tests and acoustic emission

Abstract

In this work, the mechanical behavior of different specimens of composite materials is analyzed, by means of tree point bending tests and Acoustic Emission. The specimens come from fiber carbon laminates with cyanate ester or epoxy matrix, and the fibers are oriented all in the same direction or with a stacking sequence of [0°/90°]. The raw material is either new or expired. Coupons from a circular section of a tube and a wide laminate with glass fibers woven between carbon fibers are also studied.

With these variables, the specific characteristics of each batch of specimens are obtained and compared to each other. In this way, the failure mechanisms during the load and his relationship to the different mechanical and acoustic parameters are understood.

Results show that specimens manufactured with expired raw material have a mechanical resistance comparable to the specimens manufactured with new material. In the first case, it is the resin that deteriorated more than the fibers. Acoustic Emission detected early and late damage in the specimens. Counts are the better parameter to detect early damage, and the energy is the better parameter to detect the late damages. By stopping the load before it reaches the maximum load, and using optical microscopy, it is possible to study and understand damage progress in the cyanate ester specimens. Also, these techniques revealed that fiber micro-breaks are the first damages in the unidirectional specimens, and fiber micro-breaks together with minor delaminations are the first damages in the bidirectional specimens.

The main objective and the specific ones could be fulfilled.

 

Keywords: CFRP composite material; Acoustic emission; Tree point bending tests; Damage progress

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