Comparación de procedimientos experimentales y computacionales para la evaluación de materiales compuestos de matriz polimérica

Resumen

Dentro de las aplicaciones de los materiales compuestos de matriz polimérica, se ha encontrado que estos ofrecen propiedades deseables para la industria estructural, naval, aeronáutica, automovilística y eléctrica. El estudio de estos materiales ha traído consigo, además de un avance progresivo en el área de la caracterización física y mecánica de los compuesto a partir de formulaciones analíticas, una cada vez más necesaria expansión de la aplicación del Método de Elementos Finitos (MEF) con los mismos fines, el cual ha demostrado su utilidad en predecir el comportamiento del material basado en datos obtenidos analítica o experimentalmente con el fin de predecir el comportamiento mecánico del material en casos en los que la complejidad geométrica o del estado de cargas dificulten o hagan la experimentación excesivamente costosa. En el presente estudio se busca establecer una metodología para la generación de modelos MEF con valor predictivo partir de un número reducido de pruebas experimentales y establecer la idoneidad de esta metodología para su uso en la empresa.
Con este fin, se parte de la fabricación de una serie de laminados producidos en una empresa local en los cuales se varía la orientación de las fibras de vidrio mediante la técnica hand lay up, siendo estos caracterizados física y mecánicamente a través de ensayos de tracción, ignición y análisis de defectos. Posteriormente se elaboraron modelos MEF en ANSYS ®. En los cuales se llevaron a cabo simulaciones de tracción y se compararon los resultados experimentales con los simulados estableciendo el patrón de comportamiento mecánico de los laminados bajo diferentes configuraciones de tipo y orientación de fibra, así como de número de capas.
Los resultados de las pruebas de tracción experimentales y simulados para laminados tipo Mat (fibra con orientación aleatoria) concuerdan con margen de error inferior al 6%, mientras que para las fibras tejidas a 90° el error alcanza el 34,2%, lo que puede deberse a variaciones en el proceso de fabricación.