Nueva metodología de ensayo para la caracterización a fractura en modo lll de materiales compuestos laminados

Abstract

El principal objetivo de esta tesis doctoral es el desarrollo de una nueva metodología de ensayo para la caracterización a fractura en modo III de materiales compuestos laminados. El modo de daño con más influencia en la pérdida de las propiedades mecánicas en los elementos estructurales fabricados con materiales compuestos laminados consiste en la formación y crecimiento de grietas interlaminares (deslaminación), tanto bajo cargas estáticas como dinámicas, siendo la deslaminación de compuestos laminados el mecanismo de fallo que más limita la vida de los mismos. La solicitación se transmite a la probeta mediante un dispositivo diseñado y fabricado expresamente para la realización de esta tesis, de tal forma que el ensayo se desarrolle bajo modo III puro. Para la comprobación experimental de su funcionabilidad se han utilizado dos materiales compuestos de calidad aeronáutica, de matriz epoxi y refuerzo unidireccional de fibra de carbono. Ambos materiales compuestos fueron fabricados con el mismo tipo de refuerzo unidireccional de fibra de carbono, HexTow® AS4, y diferentes tipos de matriz de resina epoxi para cada uno de ellos, Hexply® 8552 y Hexply® 3501-6 respectivamente. Las probetas empleadas, del tipo DCB y configuración simétrica, estructura [0°]16/S, poseen un inserto en el plano medio de su espesor como iniciador artificial de la deslaminación, cuya longitud inicial varia de 1 a 30 mm. Con este nuevo método de ensayo se pretende determinar un valor para la tasa de relajación de energía necesaria para iniciar la deslaminación (GIIIC), bajo modo III puro, que se pueda estimar como constante y característico de cada material analizado, demostrando mediante una técnica óptica denominada videocorrelación de imágenes digitales y basada en la fotogrametría, la pureza del modo III aplicado a través del análisis del campo de desplazamientos en el frente de la grieta. De acuerdo a los resultados obtenidos, esta nueva metodología permite realizar ensayos bajo modo III de fractura casi puro, dado que la componente en modo II es prácticamente despreciable y la componente en modo I inexistente. Otra característica es la mejora de la calidad y facilidad de la instalación de la muestra en el dispositivo, lo que permite obtener resultados más repetitivos y con menor dispersión