Ejemplo

Calcule las propiedades esperadas de resistencia a la tensión ultima, modulo de intensidad y peso especifico de un material compuesto hecho de fibras unidireccionales de carbono PAN en una matriz expóxica. La fracción de volumen de las fibras es de 30% utilice

Predicción de propiedades de materiales compuestos. - V

La tabla 2-S es una lisia de ejemplos de valores de las propiedades de algunos materiales de matriz y de relleno. Recuérdese que pueden ocurrir amplias variaciones en estas propiedades, según la formulación exacta y la condición de los materiales.

Predicción de propiedades de materiales compuestos. - IV

La densidad se define como MASA POR UNIDAD DE VOLUMEN una propiedad relacionada pero especifico, se define como PESO POR UNIDAD DE VOLUMEN y se denota por el símbolo Y (Letra griega gama). LA relación entre la densidad y peso especifico es simplemente Y=pg donde G es la aceleración de la gravedad. Al multiplicar cada miembro

Predicción de propiedades de materiales compuestos. - III

Predicción de propiedades de materiales compuestos. - II

Utilizaremos un caso ideal para la forma en que puede predecirse la rigidez y resistencia de un material compuesto. Considérese un material compuesto con fibras continuas unidireccionales, alineadas en la dirección de carga aplicada. Las fibras son continuas unidireccionales, alineadas en la dirección de la carga aplicada

Construcción de materiales compuestos laminados - III

La simetría y balance de este tipo de técnica de capas resulta en propiedades casi uniformes en dos direcciones A veces se utiliza el termino CUASI- ISOTROPICO para describir una estructura de esta naturaleza.
Nótese que las propiedades perpendiculares a las caras de las estructura de esta naturaleza en capas (a través del grosor) siguen siendo muy bajas debido a que las fibras nos e extienden en esa dirección. Además, la rigidez y resistencia en las direcciones primarias son ligeramente menores que si las capas estuvieran alineadas en la misma dirección. en la tabla 2-7 aparecen datos de un laminado si- isotrópico, comparados con uno que dispone de fibras unidireccionales en la misma matriz

Construcción de materiales compuestos laminados - II

Para superar la falta de resistencia y rigidez descentrada, las estructuras laminadas deben hacerse con una variedad de orientaciones en sus capas. Una disposición muy popular aparece en la 

Figura 2-13 Si se nombra la dirección longitudinal de la capa de la superficie como capa O° de inclinación, esta estructura se refiere como:

Construcción de materiales compuestos laminados - I

Muchas estructuras hechas de materiales compuestos esta n hechas de varias capas de materiales básicos que la contiene tanto la matriz como fibras de refuerzo. La forma en que las capas están orientadas una en relación con la otra, afecta las propiedades finales de la estructura terminada Como ilustración, considérese que cada capa está hecha de un conjunto de fibras paralelas del material de relleno de refuerzo, tales como fibras de vidrio E, incrustadas es la matriz de resina, como es el poliéster. 

En esta forma, el material a veces se conoce como PREPREG indicando que el relleno fue impregnado en la matriz antes de formar la estructura y curar el material ensamblando. Para producir rigidez y resistencia máximas en una dirección en particular, pueden aplicarse varias capas de PREPREG una sobre la otra donde todas las fibras están alineadas en la dirección de la carga de tensión esperada esto se conoce como LAMINADO UNIDIRECCIONAL. Después de curado el laminado podría tener una alta rigidez y resistencia al cargarse en la dirección de as fibras, llamada dirección LONGITUDINAL sin embargo el producto resultante podría tener una baja resistencia y rigidez en la dirección perpendicular ala dirección de las fibras, y que se conoce como dirección TRANSVERSAL. Si aparece una carga fuera de eje la parte puede fracturarse o deformarse de manera significativa

Limitaciones de los materiales compuestos.

Los diseñadores debe n balancear muchas propiedades de materiales en sus disertos y considerar al mismo tiempo las operaciones de fabricación, costos, segundad, duración y servicio del producto, En la siguiente lista se consignan las principales preocupaciones al utilizar materiales compuestos.

Resistencia especifica contra módulo especifico de metales y materiales compuestos seleccionados

Resistencia especifica contra módulo especifico de metales y materiales compuestos seleccionados

Comparación de resistencia especifica y rigidez especifica de materiales seleccionados

Comparación de resistencia especifica y rigidez especifica de materiales seleccionados

Comparación de resistencia especifica y modulo especifico de materiales seleccionados

Comparación de resistencia especifica y modulo especifico de materiales seleccionados

Ventajas de los materiales compuestos. - III

Ventajas de los materiales compuestos. - II

Puesto que el módulo de elasticidades una medida de la rigidez de un material, el específico a veces se conoce como rigidez especifica. Aunque obviamente no se trata de una longitud ambas magnitudes se miden en unidades de longitud, derivadas de la razón entre las unidades de longitud, derivadas de las razón entre las unidades de resistencia o modulo de elasticidad y las unidad de peso especifico 

En el sistema estaounidense, las unidades de resistencia a la tensión y el modulo de elasticidades son lb/plg. Por consiguiente, las unidades de la resistencia específica o módulo específico son pulgadas. En el sistema internacional de unidades o sistema métrico decimal, la resistencia y el modulo están expresados en N/m2 (pascales) puesto que el peso especifico esta dado en N/m3 . por consiguiente la unidad para resistencia especifica o modulo especifico es el metro 

 Las ventajas de los materiales compuestos pueden resumirse de la forma siguiente:

Ventajas de los materiales compuestos. - I

Es característico que los diseñadores busquen producir productos que sean seguros, fuertes, rígidos, ligeros y sumamente tolerantes al enlomo en que opera el producto Los materiales compuestos son excelentes para satisfacer estos objetivos cuando se comparan con materiales alternativos como metales, maderas y plásticos sin relleno Dos parámetros que se utilizan para comparar materiales son la resistencia especifica y el módulo especifico, definidos en la forma siguiente:

Tipos de materiales do relleno.

Los rellenos, que también se conocen como fibras, vienen en muchos tipos, con base en sus malcríales orgánico* c inorgánico-. Algunos de los rellenos más populares aparecen a contaminación

Formas de los materiales de relleno

A continuación muchas formas de materiales de relleno

Materiales de matrices.

Algunos de tos materiales de matrices de uso más frecuentes son:

MATERIALES COMPUESTOS - II

Puede producirse una variedad casi ilimitada de materiales compuestos al combinarse distintos materiales de matrices con rellenos en formas diferentes y en orientaciones distintas. Algunas materiales típicos a continuación

MATERIALES COMPUESTOS - I

Los materiales compuestos tienen dos o mas constituyentes combinados de una forma resulta en una unión mecánica o adhesiva entre los materiales. Para formar un material compuesto, se distribuye un material de relleno en una matriz, de forma que el relleno refuerce la matriz. Típicamente, el relleno es un material fuerte y rígido en tanto que la matriz tiene una densidad relativamente baja. Cuando los dos materiales se unen entre sí, gran parte de la capacidad de soporte de carga del compuesto es producida por el material compuesto ligeramente optimizado que tiene una alta resistencia y rigidez en relación con su bajo peso.