Estudio numérico experimental de la influencia de la velocidad de carga en el comportamiento a fractura en modo I de laminados de fibra de carbono

Abstract

La ligereza es uno de los criterios de diseño más importantes a considerar en la concepción de un componente para el sector transporte, en el que el peso de los vehículos influye directamente en su consumo y emisiones. El empleo de composites en automoción puede ser una solución, pero está sujeto en gran medida a su comportamiento frente a impacto siendo necesario conocer la influencia de la velocidad de deformación sobre sus propiedades mecánicas. La delaminación es uno de los modos de fallo más críticos ya que es el primer fallo que supone una pérdida de capacidad portante de la estructura, no es detectable visualmente y su evolución condiciona el posterior fallo catastrófico del material. Es común asumir que la delaminación de un composite crece en una combinación de los modos I y II, dominada por el modo I. En este trabajo se han llevado a cabo ensayos DCB en laminados de tejido equilibrado de fibra de carbono y resina epoxi, fabricados por infusión, analizado la influencia de la velocidad de carga sobre GIC en un rango de velocidades entre 8,3×10-5 y 0,190 m/s. Los resultados muestran que GIC decrece un 18% al aumentar la velocidad de carga del ensayo. Se ha llevado a cabo un modelo numérico por elementos finitos analizando, entre otros, la influencia de parámetros tales como el tamaño de elemento y propiedades de la ley cohesiva a partir de las energías de fractura obtenidas para cada velocidad. Se han comparado las curvas fuerza y apertura de grieta en función del desplazamiento impuesto. Los resultados muestran una buena correlación, habiéndose obtenido un modelo capaz de predecir las tendencias experimentales observadas a diferentes velocidades de carga.