Pruebas de fatiga para composites

Los composites hechos con una matriz polimérica reforzada con fibras han desempeñado un papel importante para reducir el impacto ambiental de muchos sectores. Reducen el peso de muchas piezas estructurales y sistemas, a la vez que presentan propiedades mecánicas excelentes.

La prevalencia cada vez mayor de los FRP en componentes críticos para la seguridad pone de relieve la necesidad de disponer de pruebas precisas y criterios de fallo. El proyecto MIFACRIT, financiado por la Unión Europea, sentó las bases de un conjunto de métodos y herramientas para pruebas de fatiga multiaxial aceleradas con criterios de fallo muy precisos. El enfoque se centró en sándwiches con uno o más pliegues o composites apilados para el sector aeroespacial.

La carga para fatiga multiaxial, como su nombre indica, consiste en aplicar carga según más de uno de los tres ejes del sistema de coordenadas cartesiano. Hasta hace poco tiempo, la mayoría de análisis de la carga cíclica asumían una carga uniaxial. Sin embargo, en la vida real, muchos sistemas como los ejes en rotación y muchos componentes de automoción y para aeronaves experimentan un estrés cíclico multiaxial.

MIFACRIT abordó esta situación para el caso de los FRP. Su gran solidez se basa en la interacción entre una amplia experimentación y simulación numérica avanzada aprovechando métodos de la mecánica de fracturas y daños.

Las pruebas de materiales integraron la caracterización viscoelástica con tensión constante y las pruebas de estrés con cargas cíclicas. Se modificaron los valores de temperatura y frecuencia. La modelización matemática en dos fases tiene en cuenta las descripciones local y global. Los resultados de las simulaciones se compararon con los experimentales de forma reiterada para ajustar los modelos. Se determinaron valores umbral para los distintos criterios.

MIFACRIT desarrolló el procedimiento para capturar propiedades elásticas y propiedades de fallo y daños de los FRP mediante la evaluación de los efectos mecánicos dentro de la microestructura con distintas condiciones de carga. El trabajo adicional de optimización mejorará la fiabilidad de las propiedades evaluadas, lo cual garantizará una predicción exacta de la vida útil de los FRP en condiciones de carga multiaxial. Esto, a su vez, permitirá fabricar más rápidamente componentes estructurales críticos para la seguridad y de alta calidad.