Abstract

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La industria aeronáutica, en su búsqueda de soluciones más eficientes en peso cada vez emplea más materiales compuestos debido a sus propiedades específicas. Sin embargo, éstos son vulnerables ante cargas perpendiculares a su plano de laminación. Debido a éstas vulnerabilidad, numerosos estudios han tratado de evaluar la amenaza de diferentes estados de carga perpendicular, son numerosos los estudios de impactos de alta y baja velocidad de proyectiles rígidos, también se han estudiado el impacto de proyectiles no-rígidos como aves, hielo o caucho como el de un neumático. Sin embargo, el estudio de cargas impulsivas sobre materiales compuestos es muy escaso.

En este trabajo se presenta un estudio combinado  experimental/numérico para evaluar la respuesta de un CFRP tipo tejido ante ondas de choque, representativas de cargas impulsivas debido a explosiones. Los ensayos experimentales se realizaron en el denominado ‘SIMLab Shock Tube Facility (SSTF)’, en la Universidad de ciencia y tecnología de Noruega (NTNU). Se ensayaron laminados a distintas presiones para investigar su comportamiento desde una respuesta elástica hasta el fallo total. Además, se emplearon dos cámaras de alta velocidad para obtener, con la metodología 3D-DIC, los campos de desplazamientos. Con el fin de estudiar el daño interno producido en los laminados se emplearon técnicas de inspección no destructiva por ultrasonidos.

Para reproducir el comportamiento de los laminados se empleó un modelo de daño continuo, el cual tiene en cuenta los daños intralaminares del material compuesto como rotura de fibras. Los daños interlaminares se modelaron mediante el empleo de superficies cohesivas.

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One of the failures with significant practical repercussions in structural elements made of laminated composite materials is the formation and growth of interlaminar cracks (delamination) under static and dynamic loading. Although the cracks can be subjected to three different modes of stress, the material toughness in mode III is higher than in the other two, so delamination mainly occurs in modes I or II. This is true when there is more than one fracture mode acting in the element. However, by using a testing methodology that allows testing in pure or nearly pure mode III, such as the Longitudinal Half Fixed Beam (LHFB) method, it is possible to characterize the material against this mode. Therefore, the degree of purity of mode III, compared to the residual modes I and II, will be an important indicator of the adequacy of the testing methodology. In this research work, the degree of purity of mode III in LHFB-type tests has been determined by using a digital image correlation (DIC) system. This technique allowed for the analysis of displacements in the X, Y, and Z directions in specimens with initial crack lengths of 1, 5, 10, 15, 20, 25, and 30 mm, using AS4/8552 and AS4/3501-6 materials. Considering the displacements measured with DIC during the different tests, it has been possible to determine the level of combination of modes I, II, and III achieved during the tests.

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