Verificación experimental de constantes elásticas de placas de laminado compuesto PRFV, a través de sus frecuencias naturales y modos de vibración

Abstract

El plástico reforzado con fibra de vidrio (PRFV) es un material compuesto de una matriz de plástico y un refuerzo de fibras de vidrio. Un plástico particular es la resina epoxica-viniléster, que reforzada con fibras de vidrio posee altas propiedades mecánicas, excelente resistencia a la corrosión y baja densidad. Su proceso de fabricación puede ser de tipo manual (Hand Lay Up), donde se aplican secuencialmente refuerzos de fibras humectadas en Resina. Estos refuerzos pueden ser fibras cortas aleatorias y fibras largas bidireccionales. Alternativamente la fabricación puede ser de tipo automática (Filament Winding), donde fibras unidireccionales humectadas con resina son enrolladas en torno a una matriz cilíndrica. Las propiedades mecánicas de este material compuesto dependen del tipo de proceso, tipos de refuerzos, porcentaje en volumen de resina y orientación de cada laminado. El objetivo de esta memoria es determinar las constantes elásticas reales de placas de PRFV mediante un modelo analítico ajustado a los datos experimentales. Es importante entender que al ser un material compuesto por fibras alineadas, cada placa tendrá tantas constantes elásticas como lo tiene un material ortotrópico. En esta memoria se determinan 6 constantes elásticas (Ex, Ey, Gxy, Gxz, Gyz y xy). Para lograr este objetivo, se fabrican 11 placas de PRFV de 300 x 200 [mm], con distintos tipos de secuencias de laminación. Cada placa, posicionada de tal manera de no tener ningún tipo de restricción es excitada por medio de un martillo modal. Posteriormente, un acelerómetro registra las funciones de respuesta en frecuencia de éstas. Con el programa Femtools se determinarán las frecuencias naturales y modos de vibración representativos de cada placa. Por otro lado el modelo analítico estará basado en las ecuaciones de teoría de mezclas y de Halpin-Tsai. De estas se obtienen las constantes elásticas a utilizar en el análisis modal por elementos finitos con el programa Ansys. Las frecuencias naturales y modos de vibración obtenidas se correlacionan con las obtenidas en el método experimental. Se optimizan los modos de vibración del método computacional, para obtener las constantes elásticas del método experimental, que corresponden a las reales de cada placa.