Desarrollo de un espécimen en geometría de viga para la medición de la tenacidad a la fractura modo III en la interfase cara/núcleo de estructuras sándwich / Julio Alejandro Rodríguez González

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

En este trabajo se llevó a cabo el diseño y análisis de un espécimen llamado la viga sandwich en desgarre (en adelante "STB", por "sandwich tearing beam"), propuesto para medir la tenacidad a la fractura modo III en la interfase cara/núcleo de materiales compuestos en geometría sandwich. El desarrollo y evaluación del espécimen STB se realizó mediante análisis de elemento finito (FEA) y ensayos experimentales. El espécimen STB consiste básicamente en una viga tipo sandwich de una sola cara reforzada con una viga de acero del lado de la cara, unida adhesivamente a una placa metálica empleada como base de la fijación diseñada para el ensayo de fractura. La viga sandwich consta de solamente una cara de material compuesto laminado unida a un núcleo de polímero espumado, conteniendo una grieta de largo a que corre a todo lo alto de la viga y está ubicada en la interfase entre la cara y el núcleo. La cara de material compuesto laminado se encuentra libre en el extremo de la base metálica y una carga vertical (paralela al plano de la grieta) es aplicada en el extremo libre de la viga sandwich con la finalidad de promover un modo III de fractura en el frente de grieta. El análisis de elemento finito del espécimen STB mostró que la distribución de las componentes de la razón de liberación de energía (G¡, G¡¡, GUI) y factores de intensidad de esfuerzos (K¡, K¡¡, KUI) es dominada en casi todo el frente de grieta por un modo III de fractura. Se observó que el modo I de fractura no es significativo comparado con el modo III, y la presencia de la componente modo II es importante sólo en los extremos del frente de grieta de la viga sandwich. Asimismo, se confirmó que la presencia de modo II de fractura en los extremos del frente de grieta del espécimen STB se deben a los esfuerzos cortantes en el plano horizontal del espécimen (rxy) localizados en esa región. Los resultados del diseño del espesor de la viga de acero que refuerza la cara de material compuesto laminado muestran que una viga de acero de 6 mm de espesor logra disminuir significativamente la componente modo II en los extremos del espécimen STB, incrementando la componente relativa del modo III y haciendo su distribución más uniforme.