No Metales

En este capítulo se presentan los conceptos básicos de la rigidez y la fuerza que subyace a la mecánica de la fibra reforzada materiales compuestos avanzados. Este aspecto de la tecnología de materiales compuestos es a veces términos "micromecánica", porque tiene que ver con las relaciones entre la ingeniería macroscópica propiedades y la distribución microscópica de los componentes del material, a saber, la fracción de volumen de fibra. Este capítulo tratará principalmente unidireccional reforzado con fibra continua-materiales compuestos, y con propiedades miden a lo largo y transversal a la dirección de la fibra

3.1 MATERIALES

El término compuesto que podría significar casi cualquier cosa si se toma en sentido literal, ya que todos los materiales son compuestos por subunidades diferentes si se examina de cerca el detalle suficiente. Pero en la moderna ingeniería de materiales, el término se refiere a un material de "matriz" que se ve reforzado con fibras. Por ejemplo, el término "FRP" (de fibra de plástico reforzado) por lo general indica una matriz de poliéster termoestable que contiene fibras de vidrio, y este compuesto en particular tiene la parte del león de los comerciales de hoy mercado. La Figura 3.1 muestra un laminado fabricado por "crossplying" capas reforzadas unidireccionalmente en una 0◦ -90 ◦ secuencia de apilamiento.

Figura 3.1: Un laminado de FRP colocan transversalmente, que muestra de fibra no uniforme embalaje y micro fisuración (desde Harris, 1986).

Muchos compuestos utilizados en la actualidad están en la vanguardia de la tecnología de los materiales, con un rendimiento y costos apropiados para las aplicaciones más exigentes de ultra tales como naves espaciales. Pero los materiales heterogéneos combinando los mejores aspectos de los componentes disímiles han sido utilizados por la naturaleza hace millones del año. Sociedad antigua, la imitación de la naturaleza, que se utiliza este enfoque, así: el libro del Éxodo habla de la utilización de la paja para reforzar en la fabricación de ladrillos de barro, sin que los ladrillos tendrían casi ninguna fuerza.

Como se ve en la Tabla 3.11, las fibras utilizadas en los materiales compuestos modernos tienen fortalezas y rigideces muy por encima de las de los materiales tradicionales a granel. Las altas resistencias de las fibras de vidrio se deben a procesamiento que evite los defectos internos o superficiales que normalmente debilitan vidrio, y la fuerza y la rigidez de la fibra de aramida polimérico es una consecuencia de la alineación casi perfecta de la cadenas moleculares con el eje de la fibra.

Por supuesto, estos materiales no se pueden usar generalmente como fibras por sí solos, y normalmente se impregnan por un material de matriz que actúa para transferir cargas a las fibras, y también para proteger la fibras de la abrasión y ataque ambiental. La matriz diluye las propiedades en algún grado, pero aún así muy altas propiedades específicas (ajustada al peso) están disponibles a partir de estos materiales. Metal y vidrio están disponibles como materiales de matriz, pero estos son actualmente muy caro y en gran parte restringido a los laboratorios de investigación y desarrollo. Los polímeros se utilizan con mucha más frecuencia, con insaturado poliésteres estireno-endurecido que tiene la mayoría de las aplicaciones de rendimiento bajo a medio y epoxi o termoestables más sofisticados que tiene el extremo más alto del mercado. Termoplástico compuestos de matriz son materiales cada vez más atractivos, con dificultades de procesamiento siendo quizás su principal limitación.

3.2 RIGIDEZ

Las fibras pueden estar orientadas al azar dentro del material, pero también es posible disponer para ellos a estar orientado preferentemente en la dirección espera que tenga los esfuerzos más elevados. Un material de estese dice que es anisotrópico (diferentes propiedades en diferentes direcciones), y el control de la anisotropía es un medio importante para la optimización de los materiales para aplicaciones específicas. A nivel microscópico, las propiedades de estos materiales compuestos se determinan por la orientación y la distribución de las fibras, así como por las propiedades de los materiales de fibra y matriz. El tema conocido como compuesto micro mecánica tiene que ver con las estimaciones de desarrollo de las propiedades de los materiales en general de estos parámetros.

Figura 3.2: Carga paralela a las fibras.

Considere la posibilidad de una región típica de material de dimensiones de la unidad, que contiene una fracción de volumen

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