Laminarteko hausturaren I/II modu mistoa aztertzeko saiakuntza konfigurazio berri bat

Ana Boyano, Juan Luis Osa, Unai Fernandez-Gamiz, Leyre Torre, Faustino Mujika

Orokorrean, material konpositeak bi fase edo gehiagoz osatutakoak dira. Ezaugarri mekanikoak garrantzitsuak direnean, material konpositea bere ezaugarri mekaniko espezifikoak osagaiek banaka dituztenak baino hobeak izan daitezen diseinatzen da.

Materialaren fase bat ez-jarraia izan ohi da, zurrunagoa eta erresistenteagoa eta errefortzua deritzo. Ahulagoa eta deformagarriagoa den faseari matrizea deritzo. Material konpositeen faseak konposite motaren arabera eta aplikazioaren arabera diseinatzen dira. Ezaugarri espezifikoek garrantzia dutenean, materialak egituran konpositeak izendatzen dira eta errefortzuaren norabidean zurruntasun eta erresistentzia handia dute.

Materialak alderatzen direnean, pisu unitateko ezaugarriak erabiltzen dira, espezifikoak deritzonak. Egitura konpositeen kasuan, gerta daiteke, ezaugarri mekanikoak ingeniaritzan erabili ohi diren materialen, esate baterako altzairuaren ezaugarriak baino txarragoak izatea, ezaugarri espezifikoak hobeak direlarik. Egitura konpositeak ohiko materialak baino garestiagoak direnez pisua garrantzi handia duen kasuetan erabiltzen dira.

Egun, konpositeen erabilera ugari dago eta hazten jarraitzen du. Konpositeak, besteak beste, industri aeroespazialean, hegazkinetan, automobilgintzan, itsasuntzietan, energia arloan, azpiegituretan, biomedikuntzan, eta kirol aplikazioetan erabiltzen dira.

Konpositeen zurruntasun eta erresistentzia handiek hegazkinen lehen eta bigarren mailako egituretan erabiltzeko material aproposak egiten ditu. Esate baterako, Boeing 787 “Dreamliner” hegazkinen % 50-a material konpositea da, eta Airbus A350 XWB hegazkinean % 50 baino gehiago konpositez eginda dago, Airbus-en kasuan, lehenengo aldiz metalaren portzentaia konpositearena baino baxuagua delarik.

Haize-energia energia berriztagarrien baliabide garrantzitsu bat da. Aerosorgailuen palek gainazal sostengatzaile baten forma dute, hegazkin baten hegalaren antzekoa. Gainazal horren materialak gogorra, zurruna eta arina izan behar du. Baldintza horiek betetzeko, zuntz errefortzudun konpositeak egokienak dira.

Laminatu konpositeak beraien artean itsatsita dauden laminaz osatuta daude. Lamina bat matrize batean barneratuta dauden norabide bakarrean kokatutako zuntzez, edo ehun bat osatuz dauden zuntzez osatuta dago. Lamina norabide bakarreko zuntzez osatuta badago norabide bakarreko lamina deitzen da. Orientazio bera duten norabide bakarreko lamina batzuk geruza bat osatzen dute. Laminatu konpositea pilaketa sekuentzia bat jarraituz lotzen diren bi lamina edo gehiagoz osatuta dago. Laminen pilaketaren ordena eta orientazioaren arabera, laminatuaren propietate mekaniko desberdinak lor daitezke.

Deslaminazioa edo laminen arteko bereizketa, matrizearen laminarteko pitzadura bezala defini daiteke. Zuntz errefortzudun konposite materialetan, zuntzek laminatuaren planoan hobetzen dituzte propietateak baina ez beraiekiko elkartzuta den planoan. Beraz, laminartean pitzadura bat egonez gero, erraz heda daiteke matrizetik edota matrize-zuntz aldeartetik. Pitzadura hauen hedapenak propietate mekanikoen galtze garrantzitsua dakar, gaur egun zuntz errefortzudun konposite materialek egituretan erabiliak izateko duten eragozpen nagusia izanik.

Pitzadurak edo akatsak dituen egitura batek jasan dezakeen karga maximoa kalkulatzeko edota pitzadura bat bere luzera kritikoa noiz heltzen den aurreikusteko hausturaren mekanika aplika daiteke. Haustura mekanikaren arabera, laminarteko pitzadura baten hedapena hiru modutan gerta daiteke:

• I modua (irekitze modua)
• II modua (lerraketa modua)
• III modua (bihurdura modua)

Material konpositeetan modu hutsetan laminarteko haustura maizago gertatzen da. I/II modu mistoa da maizago ematen dena, modu horrek indar egoerak errealitateko egoera hobeki azaltzen du. Lan honetan, laminatu konpositeen I/II haustura modu mistoa aztertzeko saikuntza konfigurazio berri bat proposatzen da. Aurkeztutako konfigurazioa Bukaerako Pitzaduradun Makurdura (ENF) saiakuntzan oinarrituta dago. Modu mistoa lortzearren, pitzaduraren bi besoen artean arrabola bat sartzen da. II modua kanpoko kargaren bidez lortzen da, eta I modua, arrabola sartzeagatik pitzadura irekitzean lortzen da.

Haustura aztertzeko energia askatze tasa erabili da. Emaitza analitikoak elementu finitoen bidezko kalkuluez lortutako emaitzekin erkatzen dira.

Lan esperimentalean, karbono zuntzez eta epoxi matrizez osatutako norabide bakarreko T300/F593 konpositea erabili da. Pitzadura-luzeraren egokitasuna konprobatzen da probeta bera ENF konfigurazioan hedapenik gabeko saiakuntzak burutuz. Pitzadura-hedapenean zehar energia askatze tasaren balioak irudikatzen dira eta haustura irizpide egokia aukeratzen da.

Artikuluaren fitxa

• Aldizkaria: Ekaia
• Zenbakia: Ale berezia. 2018
• Artikuluaren izena: Laminarteko hausturaren I/II modu mistoa aztertzeko saiakuntza konfigurazio berri bat.
• Laburpena: Lan honetan, laminatu konpositeen I/II haustura modu mistoa aztertzeko, saiakuntza konfigurazio berri bat aurkezten da. Konfigurazioa End Notched Flexuresaiakuntzan oinarrituta dago. Pitzaduraren bi besoen artean, metalezko arrabola bat sartzen da modu mistoa lortzearren. II modua kanpoko kargaren bidez lortzen da, eta I modua, arrabola bat sartuz pitzadura irekitzean lortzen da. Haustura aztertzeko, energia askatzearen tasa erabiltzen da. Haustura modu bakoitzari dagokion tasa, analitikoki kalkulatu ondoren, elementu finituen bidezko kalkuluetan lortutako emaitzekin erkatzen da. Lan esperimentalean, karbono zuntzez eta epoxi matrizez osatutako norabide bakarreko T300/F593 konpositea erabiltzen da. Pitzadura luzera egoki neurtuta dagoen egiaztatzen da, energia askatzearen tasaren balioak irudikatzen dira, eta haustura irizpide egokia aukeratu da. Gainera, GIc eta GIIc parametroak ere kalkulatzen dira.
• Egilea: Ana Boyano, Juan Luis Osa, Unai Fernandez-Gamiz, Leyre Torre Faustino Mujika
• Argitaletxea: UPV/EHUko argitalpen zerbitzua
• ISSN: 0214-9001
• Orrialdeak: 37-50
• DOI: 10.1387/ekaia.17895

Egileaz

Ana Boyano, Juan Luis Osa eta Faustino Mujika UPV/EHUko Ingeniaritza Mekanikoa Sailean dabiltza, Unai Fernandez-Gamiz Ingeniaritza Nuklearra eta Jariakinen Mekanika Sailean eta Leyre Torre Meatze eta Metalurgia Ingeniaritza eta Materialen Zientzia Sailean

Ekaia aldizkariarekin lankidetzan egindako atala.