The sandwich plate twist specimen and its evaluation as a face/core fracture mode II specimen / Adrián Hernández Pérez

Tesis (Doctorado en Materiales Poliméricos) .-- Centro de Investigación Científica de Yucatán, 2012.

En este trabajo se estudian paneles con geometría sandwich sujetos a una prueba de torsión llamada "la prueba de torsión de platos sandwich" (SPTT). La prueba consiste en cargar dos esquinas del panel diagonalmente opuestas mientras las otras dos esquinas se encuentran simplemente apoyadas, produciendo torsión. Se estudian dos tipos de especímenes, el primero es un panel sandwich sin grieta y el segundo es un panel con una grieta en la interfase entre la cara y el núcleo, localizada en el borde del espécimen. Se desarrollaron soluciones analíticas basadas en teoría clásica de laminación (CLPT) y teoría cortante de primer orden (FOSD) para los paneles sandwich sin grieta, así como análisis de elemento finito (FEA). Se realizó un análisis paramétrico para investigar la influencia de la rigidez y los espesores de las caras y el núcleo, así como el efecto del tamaño del panel en su complianza (definida como la razón entre el desplazamiento transversal máximo y la carga aplicada). Los resultados muestran que la solución basada en CLPT subestima la complianza con respecto a las predicciones de FEA. Las predi¬cciones de complianza por FOSD concuerdan con las de FEA para los paneles sandwich con núcleos deformables (módulo cortante menor a 100 MPa), mientras que para los sandwiches con núcleos rígidos la solución basada en FOSD subestima la complianza. Se realizaron ensayos SPTT en paneles sandwich con núcleos de PVC espumados y caras de aluminio o de compuestos laminados hechos de fibra de vidrio y resina vinilester. Las predicciones de complianza por la solución FOSD concordaron con las mediciones experimentales para este tipo de paneles. Para caracterizar la fractura interfacial modo III, especímenes SPTT con una delaminación en la interfase cara/núcleo a lo largo de uno de sus bordes fueron examinados. Estos especímenes fueron fabricados de caras de acero unidas a un núcleo espumado de PVC por una resina vinilester. Los especímenes tuvieron una geometría de plato cuadrado con 90 mm de lado, 3 mm de espesor en cada cara y espesores de núcleo de 3, 12 y 25.4 mm. Las componentes de la razón de liberación de energía fueron calculadas usando una solución analítica para el problema bimaterial utilizando las prediciones de elemento finito para los desplazamientos nodales en el flanco de grieta. La razón de liberación de energía modo III fue uniforme a lo largo de la región central del frente de grieta, mientras que cerca de los puntos de carga la componente modo II fue significativa. La tenacidad a la fractura promedio obtenida por el método de calibración de complianza fue de 119 ± 27 J/m2. Las mediciones de complianza y razón total de liberación de energía fueron muy similares a las predicciones de elemento finito para los paneles sandwich examinados.