Materiales compuestos - Departamento de Ciencia de Materiales

© Jaime Planas 2003-2009
ETS de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos
Departamento de Ciencia de Materiales
Universidad Politécnica de Madrid
Materiales compuestos
Física de la Plasticidad
Tema 5:
Curso 2008-2009
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Materiales compuestos
• Definición y tipos de materiales compuestos
• Materiales reforzados con fibras largas
• Dirección longitudinal
• Equilibrio y compatibilidad
• Dirección transversal
• Equilibrio y compatibilidad
• Materiales reforzados con partículas
• Ejemplo
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Definición y tipos
• Constituidos por matriz + refuerzo:
- refuerzo mejora propiedades de matriz
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(e.g. matriz frágil + fibra ductil)
•
Dos tipos de refuerzo:
Fibras ( largas, cortas, tejido, etc)
Partículas
-
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Refuerzo de fibras
http://www.engr.sjsu.edu/WofMatE/Composites.htm
Micrograph of Vacuum Processed Voidfree Glass-Fiber/Epoxy Composite
http://bcl.me.berkeley.edu/framesidx.html
A 100 µm WC punch over a 140 µm SiC fiber.
http://www.usc.edu/dept/materials_science/ccr/welcome-letter/frame.htm
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Refuerzo de partículas
gain be
”:
(12)
of comare the
t, and C
n coeffithe relhanisms
(13)
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e et al. / Wear 252 (2002) 322–331
327
Aluminum particulate-reinforced epoxy composite with 40 vol.%
Fig.of7.reinforcement.
Scanning electron
micrograph
aluminumparticles
particulate-reinforced
Average
size ofofreinforcing
≈100 µm
(Lee,Dharan
and Ritchie,Wear
epoxy
composite
with 252:322–331,2002.)
40 vol.% of the reinforcement. The average size of
the reinforcing particles is 100 !m.
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Fibras largas, dirección longitudinal
F
F
L
Equilibrio
F = Am σm + Af σf
secciones
transversales
F
tensión
= σ compuesto
A
σm
Af
Am
σf σ = A σm + A σf
Am
Am L
Vm
v
fracción volumétrica
=
=
=
m
A
AL
V
de matriz
Af
análogamente A = vf fracción volumétrica
de fibras
obviamente vm + vf = 1
σ = vm σm + vf σf
Compatibilidad
≤m = ≤f = ≤
Lm = Lf = L
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Fibras largas, dirección transversal
F
F
Equilibrio (como laminas)
F = Aσm = Aσf
L
σm
σ = σm = σf
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σf
Compatibilidad
∆L = ∆Lm + ∆Lf ⇒ L≤ = Lm ≤m + Lf ≤f
⇒≤=
Lm
≤
L m
+
Lf
L
≤f ⇒ ≤ = vm ≤m + vf ≤f
(Lm A = Vm , Lf A = Vf y LA = V )
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Fibras largas, resumen
F
σ = vm σm + vf σf
≤m = ≤f = ≤
Acoplamiento paralelo
o cinemático
F
σ = σm = σf
≤ = vm ≤m + vf ≤f
Acoplamiento serie
o estático
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Partículas
F
• Comportamiento intermedio
entre acoplamiento serie y
acoplamiento paralelo.
• Requiere técnicas especiales de
análisis para resultados precisos.
• Campo activo de investigacion.
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Ejemplos
Ejemplo: longitudinal,
matriz y fibra elástica
• Ecn(es) de equilibrio
• Ecn(es) de compatibilidad
• Ecn de matriz
• Ecn de fibras
σ = vm σm + vf σf
≤m = ≤f = ≤
σ m = E m ≤m = E m ≤
σ f = E f ≤f = E f ≤
σ = v m Em ≤ + v f Ef ≤ ⇒ σ = (v m Em + vf Ef ) ≤
⇒ E = vm Em + vf Ef
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Ejemplos (2)
Fibras longitudinales: cuando uno de los dos componentes
rompe, su tensión cae a cero, pero el otro sigue resistiendo.
Ejemplo: matriz y fibra elásticas con rotura frágil
σm σf σ
σm σf σ
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vf = 50%
σR
vf = 75%
σR
≤
≤Rm ≤Rf
≤
≤Rm ≤Rf
Casuística muy extensa, NO HAY REGLAS GENERALES.
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41er cumpleaños de Gropius, 18-05-1924
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