Validación experimental de un modelo para predecir el comportamiento dinámico de una placa de material compuesto con daño

Abstract

Este trabajo de título busca validar un modelo analítico para placas de material compuesto con grietas, desarrollado por la investigadora de la Universidad de Salta, Argentina, María Virginia Quintana. En este modelo las grietas son representadas como líneas rotuladas con rigideces rotacionales, y mediante las frecuencias naturales y modos de vibración es posible identificar la ubicación y el tamaño de éstas. La motivación surge de la aplicación que puede tener este modelo en la identificación de daño, debido a que mediante una prueba no destructiva y no tan costosa es posible reconocer la ubicación y el tamaño de las grietas. Esto permite tener más información del estado de componentes que pueden ser críticos y de gran costo como el fuselaje de avión o estanques a presión. El objetivo general es validar y ajustar el modelo analítico desarrollado por la profesora Quintana, a partir de datos experimentales obtenidos con placas de resina epóxica reforzada con fibra de vidrio. Para lograr lo anterior se debe realizar el montaje experimental, caracterizar placas con diferentes disposiciones de grietas, realizar las mediciones experimentales, obtener frecuencias naturales y modos de vibración, y ajustar el modelo analítico minimizando el error (o diferencia entre el resultado real y el teórico) mediante algoritmos de optimización. La metodología para lograr estos objetivos se desprende de las siguientes actividades: la medición de cuatro placas unidireccionales con distintas disposiciones de grietas, un montaje experimental en el Laboratorio de Sólidos, Medios Particulados y Sistemas Estructurales, la obtención de frecuencias naturales y modos de vibración de las placas a partir de las funciones de respuesta en frecuencia, la implementación del modelo analítico y un ajuste del mismo mediante algoritmos de optimización para minimizar la diferencia entre valores experimentales y valores numéricos. Dentro de los resultados obtenidos se tiene un ajuste de las propiedades mecánicas de la placa sin daño mediante algoritmos genéticos paralelos que reduce la diferencia entre frecuencias naturales a menos de 2,4%. Otro de los resultados importantes es que se obtienen valores para los parámetros que caracterizan las grietas en las placas con daño dentro de un 20% de variación respecto al valor teórico, pero sólo para una de las placas se obtiene un aumento de la correlación de los modos normales debido al ajuste, mientras que para las otras se mantiene el valor del parámetro.