Análisis y diseño del comportamiento de los materiales compuestos de fibra de carbono
Enviado por Broulaye bamba
En el anterior capítulo se ha realizado una revisión general de la bibliografía existente que tratan la temática, en el presente apartado se aborda ya concretamente el análisis y diseño del comportamiento de los materiales compuestos con fibra de carbono, a través del empleo de los métodos de los elementos finitos, ya que estos procedimientos tienen amplia aplicación en el campo de estudios de estos materiales.
En la actualidad, el empleo de estos materiales compuestos, específicamente los plásticos reforzados con fibras poseen grandes complicaciones en sus modelaciones, dadas las características anisótropas de sus propiedades.
Producto de la necesidad de tener una metodología, en el cual los aspectos de mayor interés son los referentes al análisis y diseño del comportamiento de los materiales compuestos de vigas, de losas y de depósitos, a partir del planteamiento de un procedimiento general de la modelación con aplicación del método de los elementos finitos, válido para todos los diseños específicos dentro el campo de los materiales compuestos, con la determinación los parámetros que interviene en su modelación. De igual forma se mostrará el procedimiento relacionados con la simulación virtual, que tiene en cuenta: creación de la geometría y condiciones de borde; definición del material, determinación de la densidad de malla, además de otros pasos que detallan en el anexo 5. Análisis de los resultados numéricos a partir de procedimientos implementados en hoja de cálculo y los resultados obtenidos de la modelación por elemento finito (ABAQUS).
Metodología general para la aplicación del método de los elementos finitos en la modelación de los materiales compuestos.
Para el estudio del comportamiento de los materiales compuestos, se utiliza un método simplificado de cálculo que permite obtención de las características de las láminas mediante aplicación del método de los elementos finitos con el uso de programa de computación automatizada para materiales compuestos de fibra de Carbono y resina poliéster o resina epoxi, estos solo son válidos para orientaciones de lámina a 0, 45 y 90 grados. En caso que se quiera realizar una configuración de las láminas, tipo de fibra o resina diferente se deben utilizar las ecuaciones representadas en este capítulo según el estado tensional al cual va a estar sometido el elemento. [22]
Para el diseño de vigas de materiales compuestos y fundamentalmente las conformadas por fibras de carbono se realiza de forma similar como de fibras de vidrio, que se puede consultar en la tesis de (Araya y Liliana. 2009). Estos elementos como muchos otros pueden estar sometidos a diferentes esfuerzos: tracción, compresión, torsión, flexión, cortadura o la combinación de estos, el análisis de cada unos de los estados a los cuales estarán sometidos este tipo de elemento bajo la condición estática.
Elaboración de una metodología para el análisis, diseño de elementos de materiales compuestos con la aplicación de la teoría de homogenización
El análisis de la estructura se realiza en 3 etapas que acceden a la creación y estudio del comportamiento de la misma, que son las siguientes:
La primera etapa es la constitución de la conformación del modelo:
La creación de la geometría es la construcción de los diferentes partes del modelo.
La definición de los materiales, en este paso se define las propiedades de la ley constitutiva de los materiales.
La conformación del modelo es donde se ensamble los diferentes partes para la obtención del modelo idealizado.
La segunda etapa consiste en la determinación el comportamiento del material, depende si es heterogéneo u homogéneo.
El modelo heterogéneo se trabajo con el material tal esta conformado, con la determinación del tipo interacción entre los elementos.
El modelo homogéneo, en este caso se determina un material homogéneo equivalente al heterogéneo mediante la aplicación de la teoría de homogenización.
En la tercera etapa radica en la:
Definición de los parámetros para el análisis, en este parte se declaran los variables de salidas que se requieren obtener.
Creación de condiciones de apoyos y las cargas, aquí se definen las condiciones de fronteras, teniendo en cuenta en que plano estamos trabajando en 2D o 3D para las restricciones de los vínculos.
Mallado del modelo consiste en la determinación del tipo de elemento finito y el tamaño del mismo.
| Página siguiente |