IDENTIFICACIÓN EXPERIMENTAL DEL DAÑO EN LOS NUEVOS COMPOSITES DE LÁMINAS ULTRADELGADAS

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Número de Expediente: IE18_0025_AICIA

Convocatoria: Ayudas a la I+D+i, en el ámbito del Plan Andaluz de Investigación, Desarrollo e Innovación (PAIDI 2020), Convocatoria 2018 de ayudas a infraestructuras y equipamientos de I+D+i, para entidades de carácter privado. Consejería de Economía, Conocimiento, Empresas y Universidad. Secretaría General de Universidades, Investigación y Tecnología. Incentivos a los Agentes del Sistema Andaluz del Conocimiento.

Resumen

La Asociación de Investigación y Cooperación Industrial de Andalucía (AICIA) es una organización sin ánimo de lucro cuya finalidad es impulsar, orientar y desarrollar la investigación en ciencia y tecnología. Los sectores de aplicación de la actividad que los equipos de trabajo de AICIA desarrollan son, energía, materiales y nanotecnología, medio ambiente, ingeniería de organización, tecnologías de fabricación, tecnologías de la información y las comunicaciones, transporte e infraestructuras y aeronáutico.

El equipo de trabajo de AICIA que participa en el proyecto es el Grupo de Elasticidad y Resistencia de Materiales (GERM). El GERM lo integran en torno a 15 investigadores. Está conformado fundamentalmente por doctores, con presencia también de ingenieros y técnicos de laboratorio. Este Equipo fue creado en los años 80 por el catedrático Federico París .En sus inicios el GERM centró su actividad en el campo de la simulación numérica para a continuación introducir dos nuevas líneas de trabajo: soldadura y materiales compuestos, con las que ganó relevancia su actividad experimental. A partir de ahí comenzó su colaboración con la industria aeronáutica con la que ha desarrollado una importante labor en términos de modelado y ensayo de componentes aeronáuticos. La trayectoria del GERM está avalada por la participación en un importante número de proyectos y contratos de investigación y transferencia.

La aplicación de materiales compuestos en todo tipo de componentes y estructuras en diferentes ramas de la ingeniería se ha incrementado de forma notable durante las últimas décadas. Su gran versatilidad explica su uso en numerosos sectores y particularmente en la industria aeronáutica y espacial.

La clave del uso ventajoso de los composites frente a otros materiales (aleaciones ligeras) viene representada por los elevados valores específicos de rigidez y resistencia frente al peso.

La penetración de estos materiales en la industra aeronáutica ha requerido una gran inversión en conocimiento de los mismos tanto en lo que concierne a fabricación de componentes, como a diseño y cálculo de los mismos, para poder así alcanzar una cifra inimaginable del 55% en peso en los modelos recientes A350 de AIRBUS y 787 de BOEING, con uso ya generalizado en estructuras primarias de los mismos.

La competencia por conseguir diseños más ligeros en peso presenta dos grandes desafíos: Mejora de los criterios de fallo basada en un mejor conocimiento de los mecanismos de fallo a ellos asociados, y mejora de las propiedades estructurales ya mencionadas, de rigidez y resistencia, de los materiales compuestos usados.

El GERM lleva trabajando de forma muy activa desde el año 2001 en la mejora de la comprensión de los mecanismos de daño de las láminas en que éste se manifiesta en primer término, dando lugar a múltiples publicaciones. En cuanto a la mejora de propiedades del material, ello pasa, además de por la mejora individual de los constituyentes, por la mejora, dado un determinado conjunto de componentes, de las propiedades del laminado final.

Las mejoras tecnológicas que han llevado a la reciente aparición de láminas ultradelgadas de 20, 30 o 40 micras, frente a las actuales de 120/240 micras ha puesto de manifiesto la posibilidad de retrasar la aparición de daño en las láminas más débiles del laminado, o al menos de daño que incida directamente en los mecamismos de fallo de una estructura de material compuesto, a través de lo que se conoce como “scale effect”. Se trata de una cuestión de gran interés desde el punto de vista de su aplicación industrial, pues es innegable que es preciso poner de manifiesto que el incremento en costo de fabricación de composites con este tipo de láminas ultradelgadas debe verse compensado con una disminución en peso asociada al retraso en la aparición de daño en las láminas más débiles en las que se emplearían las ultradelgadas.

En el seno del GERM se han realizado estudios recientes que también ponen de manifiesto el efecto escala. En concreto se han realizado modelos numéricos a diferentes escalas para intentar explicar el efecto que el uso de láminas ultradelgadas puede tener en los mecanismos de daño de los materiales compuestos en comparación con las láminas de espesor convencional. También se han abordado campañas experimentales para verificar las predicciones numéricas. El estudio experimental con láminas ultradelgadas presenta sin embargo algunas particularidades, no encontradas en laminados fabricados con láminas convencionales, particularidades que han dado lugar a este proyecto.

Este proyecto consiste en la adquisición y puesta en marcha de equipamiento para la realización de los ensayos experimentales que permitan observar la generación y progresión de daño en laminados de material compuesto de fibra de carbono y láminas ultradelgadas.

La presencia de láminas ultradelgadas conlleva la aparición de un daño de menor rango que requiere de equipos de fabricación más específivos para estos laminados, máquinas adaptadas en cuanto a rango de cargas a los espesores de los nuevos laminados, así como finalmente un equipamiento específico para la observación del daño.

Persona de contacto

Federico París, Grupo de Elasticidad y Resistencia de Materiales

Email: fparis@us.es

PROYECTO COFINANCIADO POR LOS FONDOSFEDER Referencia del Proy.: IE18_0025_AICIA