Comportamiento estructural en reparaciones del tipo step sanded en estructuras de materiales compuestos

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Por otra parte, es necesario resaltar que el hecho de que las constructoras de aeronaves mantengan, por cuestiones de rivalidad comercial, sus metodologías de diseño bajo termino confidencial, fomenta una gran barrera en el camino al mejor entendimiento del comportamiento de los materiales compuestos.

1.2.-Objetivos

Esta práctica tiene como objetivo general el estudio del comportamiento mecánico en tensión y en tensión-cortante de la reparación estructural circular de tipo escalonada (step sanded) realizada en el panel tipo sándwich representativo de la estructura del radomo de nariz de una aeronave comercial.

La probeta empleada es mostrada esquemáticamente en la Figura 1-1, mientras que las tres diferentes condiciones de carga se presentan en la Figura 1-2, presentadas en la sección 1.2 de este capítulo.

Como medio para alcanzar satisfactoriamente el objetivo general, se han establecido los siguientes objetivos particulares:

revisión bibliográfica del estado del arte con el fin de establecer un punto de partida desde el punto de vista científico-tecnológico,

puesta a punto del proceso de fabricación de las probetas haciendo uso de los materiales y equipos disponibles en la ESIME Ticoman,

fabricación de un número representativo de probetas, cuya configuración, a excepción de materiales y dimensiones del núcleo, esté basada en la probeta desarrollada por L. Dolores y A. Reyes [2],,

realización, en las probetas, de una reparación estructural del tipo step sanded de forma circular, teniendo como referencia aquella descrita en SRM emitido por el fabricante,

ensayo mecánico de las probetas reparadas con el fin de obtener resultados experimentales sobre su comportamiento,

utilización de la técnica de correlación digital de imágenes (CDI) para determinar el estado de deformaciones que experimenta cada probeta en diferentes etapas de carga durante el ensayo mecánico, y con ello determinar el estado de esfuerzos y los factores de resistencia en puntos críticos de las probetas.

1.4 Metodología

La culminación del objetivo general y los objetivos particulares que esta tesis presenta se logra al seguir la metodología mostrada en la Figura 1-3.

Esta metodología se distribuye a través de este trabajo de tesis en cuatro capítulos, el primero, del cual este texto forma parte, sirve como introducción donde se establece el problema y la solución propuesta, además se enuncian los objetivos del trabajo. El segundo capítulo trata el marco teórico, es decir, qué son, cómo se comportan, y cómo se analizan los materiales compuestos, conjuntamente con los aspectos relevantes sobre las reparaciones estructurales aplicadas a los materiales compuestos y los trabajos recientemente publicados referentes a ello. El capítulo tercero, muestra el desarrollo del proceso de fabricación de las probetas, y su ensayo mecánico. El capítulo cuarto presenta los resultados obtenidos de los ensayos mecánicos, y muestra el análisis de los mismos. Por último se presentan las conclusiones y las recomendaciones para los trabajos futuros.

2.- Marco teórico

2.1 Material compuesto-aeronáutica, relación.

En la industria del transporte principalmente el aéreo, son necesarios materiales ligeros, rígidos, resistentes al impacto y que resistan bien la corrosión y el desgaste, todas estas propiedades que rara vez se dan juntas. Es ahí donde nace la necesidad de combinar los materiales sin perder características de cada uno, como si fuera una suma de las propiedades, es decir sus propiedades mecánicas son superiores a la simple suma de las propiedades de sus componentes.

Esto antes mencionado es un claro ejemplo de un material compuesto, pues la rama de la ciencia de materiales recibe el nombre de materiales compuestos aquellos materiales que se forman por la unión de dos o más materiales para conseguir la combinación de propiedades deseadas.

2.1.2 Componentes.

Existe una gran diversidad de configuraciones en cuanto a un material compuesto nos referimos, pero en todos se pueden distinguir las siguientes partes:

Refuerzo: Se encarga de soportar las cargas aplicadas sobre el compuesto, y, por lo tanto, de proveerle resistencia y rigidez. Es una fase de carácter discreto y su geometría es fundamental a la hora de definir las propiedades mecánicas del material.

Matriz: Por un lado, le proporciona forma y acabado superficial al compuesto, por otro, al envolver al refuerzo; le transfiere las cargas aplicadas, le otorga ductilidad, y le protege del medio ambiente. o simplemente matriz: tiene carácter continuo y es la responsable de las propiedades físicas y químicas. Transmite los esfuerzos al agente reforzante. También lo protege y da cohesión al material.

En la practica de nuestra placa trabajamos con los materiales: honeycomb como la matriz y por el lado del refuerzo el epoxico. Ya que la combinación de ambas en esta configuración es óptima para el uso aeronáutico.

2.1.3 Clasificacion

Si bien los materiales compuestos son comúnmente clasificados en dos niveles distintos. El primer nivel de clasificación es hecho usualmente con respecto al material con del que está hecha la matriz. El segundo nivel de clasificación se refiere al tipo de refuerzo, esto es, refuerzos en forma de partículas, microcristales (whiskers), y/o fibras, ya sean continuas (largas) o discontinuas (cortas).

A su vez los materiales compuestos pueden dividirse en 4 grupos.

*Materiales compuestos reforzados con partículas

Están compuestos por partículas de un material duro y frágil dispersas discreta y uniformemente, rodeadas por una matriz más blanda y dúctil.

*Materiales compuestos endurecidos por dispersión

El tamaño de la partícula es muy pequeño (diámetro entre 100 y 2500 μ). A temperaturas normales, estos compuestos no resultan más resistentes que las aleaciones, pero su resistencia disminuye con el aumento de la temperatura. Su resistencia a la termofluencia es superior a la de los metales y aleaciones.

Sus principales propiedades son:

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