Makurdura portaeraren analisia eta tenperaturaren eragina norabide bakarreko karbono/epoxi konpositetan

91 visitas recibidas

Autoría:

Faustino Mujika Garitano

Director/a:

Iñaki Mondragon Egaña

Universidad:

Universidad del País Vasco

Facultad:

Escuela Universitaria Politécnica de Donostia-San Sebastián

Departamento:

Ingeniería Química y del Medio Ambiente

Área:

Ingeniería

Año:

2003

| Konpositeen portaera mekaniko anisotropoa eta plaka laminatuen teoria jorratu ondoren, konpositeen makurdura saiakuntzen azterketa honako 3 kasuetan burutzen da:
1. Luzetarako eta zeharkako makurdura: zuntzen norabidea probeta laukizuzenaren aldeekiko paraleloa izanik, analisia habe isotropoentzat burutzen denaren parekoa da. Material konpositetan trakzio, konpresio eta makurdura moduluak esperimentalki desberdinak direla ikusten da. Ezaugarri hau analisian barneratuz, habeen teoria klasikoa eraldatzen da eta trakzio, konpresio eta makurdura moduluen arteko erlazioa lortzen da. Ebakitzailearen eragina ere analisian barneratzen da.
2. Makurdura zeiharra: zuntzen norabidea ez da probeta laukizuzenaren aldeekiko paraleloa. Matematikoki ondoriozta daitezkeen tentsio-konpresio eta ebakidura portaeren arteko akoplamenduen ondorioz, makurdura kurbadurez gain bihurdura kurbadurak ere azaltzen dira probetak makurdura jasaten duenean. Norabide bakarreko laminatuaren lamina-barneko ebakidura erresistentzia eta ebakidura modulua lortzeko asmoz 3 puntuko makurdura saiakuntza analizatzen da, akoplamenduak ere kontutan izanik. Hurbilpen teorikoan aurrikusitako emaitzak baiesteko asmotan probeten zurruntasunari eta erresistentziari buruzko lan esperimentala ere burutzen da. Proposatutako saiakuntza burutzea eta probetak prestatzea beste edozein metodotan baino sinpleagoa da, saiakuntza beraren interpretazioa korapilotsuagoa bada ere.
3. Bukaerako Pitzaduradun Makurdura: 3 puntuko makurdura saiakuntza da, probetak lodieraren erdian fabrikazioan eragindako hasierako pitzadura bat izanik. Saiakuntzaren helburua, pitzadura gainazal unitateko askatutako deformazio-energia espezifikoa determinatuz, laminarteko haustura aztertzea da. Saiakuntzaren analisia aldatu egin da bibliografian aurkitu direnekiko. Gainera, prozedura berria proposatzen da pitzadura luzera determinatzeko, lehenengo laminarteko hedapenaren ondoren neurketa fisikoa nahiko zaila baita. Hasera batean pitzadura luzera gutxi gora behera determinatzen da probeta euskailuan modu egokian kokatzeko eta ondoren karga-desplazamendu kurbaren malda erabiliz pitzadura luzera kalkulatzen da.
Burututako analisietan Castiglianoren 2. teorema eta karga unitarioaren metodoa erabili dira kalkulu erreminta nagusi bezala.
Analizatu diren motetako makurdura saiakuntzak burutu dira Hexcel Composites-ek ekoizten dituen 3 epoxi/karbono norabide bakarreko materialetan: AS4-3501/6, AS4-8552 eta IM7-8552. Prepregak erabiliz laminatuak konpresioz fabrikatu dira, tenperatura eta presio zikloak definitzeko eta laminatuen egokitasuna ziurtatzeko frogak burutu ondoren. Saiakuntza tenperaturaren eragina -35 ºC eta 150 ºC arteko tenperaturak erabiliz aztertu da. Zeharkako makurduraz eta makurdura zeiharrez tenperatura desbedinetan entsaiatutako probeten analisi fraktografikoa Ekorketazko Mikroskopio Elektronikoa erabiliz burutu da, hausturaren nagusitasuna matrizean edo matrize eta zuntzaren arteko aldeartean dagoen aztertzeko asmoz. After examining the anisotropic mechanical behaviour of composites and the theory of laminated plates, the analysis of composite bending experiments was performed for the following three cases:
1. Longitudinal and transversal bending: when the direction of fibres is parallel to the sides of the rectangular test specimen, the analysis is similar to that performed for isotropic beams. The traction, compression and bending of composite materials are seen experimentally to be different. Continuing with the analysis, classical beam theory is compared and the relationship between traction, compression and bending modules is established. The effect of the cutter also enters into the analysis.
2. Oblique bending: the direction of fibres is not parallel to the sides of the rectangular specimen. As a result of mathematically deducible coupling between behaviours under tension/compression and cutting, not only the bending curvature but also the torsion curvature are described when the specimen undergoes bending. In order to obtain the layer-internal cutting resistance and cutting module of the unidirectional laminate, a three-point bending test is analysed, also taking coupling into consideration. In order to confirm theoretically predicted results, experimental work was also done on the rigidity and resistance of the specimens. Performance of the proposed experiment and preparation of the specimen is simpler than with any other method, whereas the interpretation of the test is more complicated.
3. Bending with Final Cracking: This is a three-point bending test with an initial crack produced in manufacture at the centre of the specimen's thickness. This test aims to analyse interlayer fission determining the specific deforming energy released per unit of cracking surface. The analysis of the test varies from that found in the bibliography. Furthermore, a new procedure is proposed for determining crack length, since physical measurement is fairly difficult after the first interlayer spread. Initially the crack length is approximately determined in order to place the specimen appropriately in a holder and then the crack length is calculated using the slope of the load displacement curve.
Castigliano's second theorem and the single load method were the main instruments employed in the analyses that were performed.
Bending tests of the types analysed were performed on three unidirectional epoxy/carbon materials produced by Hexcel Composites: AS4-3501/6, AS4-8552 and IM7-8552. Laminates were manufactured by compression using prepregas to define pressure cycles after performing tests to ensure the laminates' appropriateness. The effect of test temperature was analysed with temperatures in the range -35ºC to 150ºC. A fractographic analysis was performed on specimens tested for transverse and torsion bending at different temperatures using an Electronic Scan Microscope in order to see whether breakage is located predominantly in the matrix or in the gap between matrix and fibre.

Descriptores

UPV/EHU

ingeniaritza

kimika

kimika_makromolekularra

materialen_teknologia

polimeroak

teknologia

ingurumena

Tesis

Faustino_Mujika_Garitano.pdf