Estudio de la relación entre adherencia fibra-matriz y concentradores de esfuerzo en un material compuesto fibra de carbón-resina epóxica / César Manuel Valencia Castillo

Tesis (Maestro en Ciencias en Ingeniería Mecánica) .-- Instituto Tecnológico de Mérida, 2009.

En esta tesis se realiza un análisis del efecto de la adherencia entre fibra y matriz de un material compuesto y del estado de esfuerzos en el comportamiento en un laminado cuando existe un orificio en el centro geométrico, esto es, un concentrador de esfuerzos. Este estudio se realiza utilizando un programa comercial de análisis por medio del método de elementos finitos. Este análisis permite "observar" la distribución de las componentes de esfuerzos en la vecindad del orificio, lo cual resulta en un mejor entendimiento del posible efecto de la distribución de las componentes de esfuerzo en la respuesta del laminado. Para dicho análisis son necesarias, entre otras variables, las propiedades mecánicas elásticas del laminado compuesto, las cuales se obtienen a partir de la teoría de laminación de materiales fibro-reforzados. Para esto, se requieren las propiedades mecánicas elásticas de una lámina con fibras orientadas unidireccionalmente. La secuencia de laminación seleccionada para este estudio es [0° /90° /+45°]s. Las propiedades mecánicas elásticas de la lámina se obtuvieron por medio de ensayos de tensión unidireccional. Para obtener dos niveles de adherencia entre fibra y matriz, las láminas se fabricaron utilizando fibras de carbón en primer lugar sin tratamiento superficial (sizing) y fibras de carbón con tratamiento superficial consistente en un agente de acoplamiento para mejorar el nivel de adherencia fibra- matriz. Este tratamiento fue utilizado para aumentar el nivel de adherencia fibra-matriz. En este caso se utilizó un agente de acoplamiento de tipo silano. Se prepararon láminas de material compuesto como sigue: con fibras sin tratamiento orientadas a 0°, con fibras sin tratamiento orientadas~ a 90°, con fibras con tratamiento orientadas a 0°, con fibras con tratamiento orientadas a 90°. De los resultados obtenidos, se pudo apreciar que el tratamiento superficial de la fibra y la adherencia no tuvo efecto significativo en la rigidez del material compuesto. Asimismo, el laminado presentó propiedades mecánicas elásticas casi isotrópicas.