Influencia de Parámetros de Fabricación sobre Tensiones Residuales en Tubos de Fibra de Carbono-Epoxi
2024
| Tesista | Gustavo Francisco Eichhorn |
| Directores | Ing. Cesar Belinco |
| Lugar de realización | Centro Atómico Constituyentes - Argentina |
| Fecha Defensa | 16/08/2024 |
| Jurado | Dra- María Fernanda Ruiz Gale Dr Alfredo Hazarabedian Mag. Nicolás Daverio |
| Código | ITS/TM- |
Título completo
Influencia de Parámetros de Fabricación sobre Tensiones Residuales en Tubos de Fibra de Carbono-Epoxi
Resumen
El presente trabajo tiene por objeto investigar la Influencia de los Parámetros de Fabricación sobre Tensiones Residuales en Tubos de Fibra de Carbono-Epoxi fabricados mediante Enrollamiento Filamentario. La investigación llevada a cabo consiste en una descripción conceptual sobre la influencia de las Tensiones Residuales en el desempeño de los materiales en general y de los materiales compuestos en particular, junto con las técnicas experimentales existentes para determinar las Tensiones Residuales. En primer lugar, se llevó a cabo un Diseño de Experimentos para reducir la cantidad de pruebas. Esto se determina teniendo en cuenta que, si bien para la fabricación de tubos compuestos influyen una gran cantidad de parámetros de proceso, el equipamiento y las facilidades propias y de terceros, no permiten realizar una gran cantidad de pruebas. Esto conlleva a seleccionar cuidadosamente las técnicas experimentales de evaluación de tensiones residuales, la cantidad de tubos a ensayar y los factores a medir más adecuados. En la parte del marco teórico de este trabajo se tomaron en cuenta algunos modelos teóricos predictivos de Tensiones Residuales y se postularon hipótesis sobre la influencia de los parámetros de fabricación en las Tensiones Residuales obtenidas.
En cuanto a la parte experimental, primeramente se fabricaron los tubos mediante la técnica del Enrollamiento Filamentario, se variaron los parámetros en cada caso, y se curaron los tubos en autoclave. Posteriormente, se realizan las mediciones con los tubos ya fabricados. Las Tensiones Residuales son medidas mediante el método del Corte (Split Method). También se realizan ensayos de Resistencia Mecánica (mediante ASTM D 2290) con el fin de obtener no solo la magnitud de las Tensiones Residuales, sino también su relevancia, es decir, cuanto afectan a la resistencia estructural en los tubos. Se realizó un análisis micrográfico para obtener los Porcentajes de Fibra, Porcentajes de Resina y Vacíos (también denominados poros o cavidades). Finalmente, las hipótesis fueron contrastadas con modelos teóricos y los valores experimentales.
Palabras clave: Materiales compuestos, Tensiones residuales, Tubos, Fibra de Carbono, Epoxi, Diseño de experimentos, Método del corte, Método de flexibilidad de grietas, Elementos Finitos, Enrollamiento Filamentario, ANSYS APDL, ASTM D 2290, Análisis Micrográfico, Porcentaje de Fibra, Porcentaje de Resina, Porcentaje de Vacío.
En cuanto a la parte experimental, primeramente se fabricaron los tubos mediante la técnica del Enrollamiento Filamentario, se variaron los parámetros en cada caso, y se curaron los tubos en autoclave. Posteriormente, se realizan las mediciones con los tubos ya fabricados. Las Tensiones Residuales son medidas mediante el método del Corte (Split Method). También se realizan ensayos de Resistencia Mecánica (mediante ASTM D 2290) con el fin de obtener no solo la magnitud de las Tensiones Residuales, sino también su relevancia, es decir, cuanto afectan a la resistencia estructural en los tubos. Se realizó un análisis micrográfico para obtener los Porcentajes de Fibra, Porcentajes de Resina y Vacíos (también denominados poros o cavidades). Finalmente, las hipótesis fueron contrastadas con modelos teóricos y los valores experimentales.
Palabras clave: Materiales compuestos, Tensiones residuales, Tubos, Fibra de Carbono, Epoxi, Diseño de experimentos, Método del corte, Método de flexibilidad de grietas, Elementos Finitos, Enrollamiento Filamentario, ANSYS APDL, ASTM D 2290, Análisis Micrográfico, Porcentaje de Fibra, Porcentaje de Resina, Porcentaje de Vacío.
Complete Title
Influence of Manufacturing Parameters on Residual Stresses in Carbon Fiber-Epoxy Tubes
Abstract
The purpose of this work is to investigate the Influence of Manufacturing Parameters on Residual Stresses in Carbon-Epoxy Fiber Tubes manufactured by Filamentary Winding. The research carried out consists of a conceptual description of the influence of Residual Stresses on the performance of materials in general and composite materials in particular, together with the existing experimental techniques to determine Residual Stresses. First, a Design of Experiments was carried out to reduce the number of tests. This is determined taking into account that, although a large number of process parameters influence the manufacture of composite tubes, the equipment and facilities of our own and third parties do not allow a large number of tests to be carried out. This entails carefully selecting the experimental techniques for evaluating residual stresses, the number of tubes to be tested and the most appropriate factors to measure. In the theoretical framework part of this work, some predictive theoretical models of Residual Stresses were taken into account and hypotheses were postulated about the influence of manufacturing parameters on the Residual Stresses obtained.
As for the experimental part, first the tubes were manufactured using the Filamentary Coiling technique, the parameters were varied in each case, and the tubes were cured in an autoclave. Subsequently, measurements are made with the already manufactured tubes. Residual Stresses are measured using the Split Method. Mechanical Strength tests are also carried out (using ASTM D 2290) in order to obtain not only the magnitude of the Residual Stresses, but also their relevance, that is, how much it affects the structural resistance in the tubes. A micrographic analysis was performed to obtain Fiber Percentages, Resin Percentages and Voids (also called pores or cavities). Finally, the hypotheses were contrasted with theoretical models and experimental values.
Keywords: Composites, Residual Stresses, Tubes, Carbon Fiber, Epoxy, Design of Experiments, Slitting Method, Finite Elements, Filament Winding, ANSYS APDL, ASTM 2290, Micrographic Analysis, Fiber Content, Resin Content, Voids.
As for the experimental part, first the tubes were manufactured using the Filamentary Coiling technique, the parameters were varied in each case, and the tubes were cured in an autoclave. Subsequently, measurements are made with the already manufactured tubes. Residual Stresses are measured using the Split Method. Mechanical Strength tests are also carried out (using ASTM D 2290) in order to obtain not only the magnitude of the Residual Stresses, but also their relevance, that is, how much it affects the structural resistance in the tubes. A micrographic analysis was performed to obtain Fiber Percentages, Resin Percentages and Voids (also called pores or cavities). Finally, the hypotheses were contrasted with theoretical models and experimental values.
Keywords: Composites, Residual Stresses, Tubes, Carbon Fiber, Epoxy, Design of Experiments, Slitting Method, Finite Elements, Filament Winding, ANSYS APDL, ASTM 2290, Micrographic Analysis, Fiber Content, Resin Content, Voids.
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