Análisis numérico experimental de los componentes del material compuesto alternativo de matriz epoxi reforzada con fibras sintéticas utilizado para la fabricación y reparación de superficies de vuelo en las aeronaves del CIDFAE
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Date
2020
Authors
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Publisher
Universidad Técnica de Ambato. Facultad de Ingeniería Civil y Mecánica, Carrera de Ingeniería Mecánica
Abstract
The study of composite materials allows the use of new technological alternatives for
the elaboration of aircraft elements. The analysis of these materials has a great value
within the aeronautical field in view that the percentage of elements manufactured
with this type of materials has been increasing, because the weight and operating
costs of an aircraft are reduced.
This research performs the characterization of the composite material of epoxy
matrix reinforced with layers of flat fabric of synthetic fibers (carbon, aramid and
glass) in different orientations which was achieved by combining manual
stratification and vacuum, the compounds were subjected to tensile, bending and
impact tests. In addition, a mathematical model is presented which predicts the
elastic properties of the material based on a generalization of classical sheet theory.
Finally, finite element simulation was used to contrast actual and experimental
displacement results.
The characterization and analysis of the tests determined that carbon fiber-reinforced
compounds possess the best mechanical performance at traction and bending;
however, aramid fiber-reinforced compounds have better impact resistance. The
analytical method used to calculate elastic properties yielded results where the error
percentage is in a range of 1percent-19 percent, while software simulation comparing the offset
within the elastic zone yields error percentages not exceeding 0.2 percent.
Description
El estudio sobre los materiales compuestos permite el empleo de nuevas alternativas
tecnológicas para la elaboración de elementos de aeronaves. El análisis de estos
materiales tiene un gran valor dentro del campo aeronáutico en vista que el
porcentaje de elementos fabricados con este tipo de materiales ha ido en aumento,
debido a que se reduce el peso y costos de operación de una aeronave.
La presente investigación realiza la caracterización del material compuesto de matriz
epóxica reforzado con capas de tejido plano de fibras sintéticas (carbono, aramida y
vidrio) en diferentes orientaciones el cual se consiguió mediante la combinación de
estratificación manual y vacío, los compuestos fueron sometidos a ensayos de
tracción, flexión e impacto. Además, se presenta un modelo matemático el cual
predice las propiedades elásticas del material partiendo de una generalización de la
teoría clásica de láminas. Finalmente se empleó simulación por elementos finitos
para contrastar resultados de desplazamiento real y experimental.
De la caracterización y análisis de los ensayos se determinó que los compuestos
reforzados con fibra de carbono poseen el mejor comportamiento mecánico a
tracción y flexión; sin embargo, los compuestos reforzados con fibra de aramida
presentan una mejor resistencia al impacto. El método analítico empleado para
calcular las propiedades elásticas arrojó resultados donde el porcentaje de error se
encuentra en un rango de 1porciento-19 porciento, mientras que la simulación mediante software
donde se compara el desplazamiento dentro de la zona elástica arroja porcentajes de
error que no supera el 0.2 porciento.
Keywords
ANÁLISIS NUMÉRICO EXPERIMENTAL, MATRIZ EPOXI REFORZADA, AERONAVES DEL CIDFAE, MATERIAL COMPUESTO, RESINA EPOXI, ENSAYO DE TRACCIÓN, ENSAYO DE FLEXIÓN, ENSAYO DE IMPACTO, MACROMECÁNICA DE COMPUESTOS