Parte 3: Materiales Compuestos

Parte 3: Materiales Compuestos

1. En el laboratorio de materiales se aplica una fuerza de tensión paralela a las fibras a un compuesto de fibras continuas unidireccionales de carbono y una resina epoxica que actúa como matriz. Si el módulo de elasticidad de las fibras es igual a 350 GPa y el módulo de elasticidad de la resina es igual a 3,5 GPa:

1. Considerando que el compuesto contiene 50% de fibras, determine el módulo de elasticidad del compuesto, en GPa con dos posiciones decimales.

SOLUCION:

Fibras 350 Gpa

Matriz 3,5 Gpa

Fibra 0.50

Matriz 0.50

[pic 1]

+(0,50)(3,5)[pic 2]

176.75[pic 3]

1. Determine el porcentaje de carga soportado por las fibras de carbono, con dos posiciones decimales.

[pic 4]

1. Un compuesto de fibras de vidrio está formado por una matriz epoxica reforzada con fibras aleatoriamente orientadas y uniformemente distribuidas en el espacio. El módulo de elasticidad de las fibras son 70 GPa y 6 GPa, respectivamente.

1. Determine el módulo de elasticidad para compuestos que tienen 25%, 50% y el 75% de fibras. Exprese los resultados con dos posiciones decimales.

   Formula a utilizar:

[pic 5]

           fibras distribuidas al azar y uniformemente en tres dimensiones en el espacio

Donde k = 1/5

              Módulo de elasticidad para 25%

                  Modulo de elasticidad fibras= 70 Gpa

                  Modulo de elasticidad matriz= 6Gpa

                  Volumen de Fibras = 25%

                  volumen de matriz = 75%

                  [pic 6]

                     [pic 7]

              Módulo de elasticidad para 50%

                  Módulo de elasticidad fibras= 70 Gpa

                  Módulo de elasticidad matriz= 6Gpa

                  Fibras = 50%

                  Fibras de matriz = 50%

                   [pic 8]

                   10[pic 9]

              Módulo de elasticidad para 75%

                  Módulo de elasticidad fibras= 70 Gpa

                  Módulo de elasticidad matriz= 6Gpa

                  Fibras = 75%

                  Fibras de matriz = 25%

                   [pic 10]

                   [pic 11]

1. Elabore un gráfico en el cual relacione la variación del módulo de elasticidad del compuesto con él % fibras usado como refuerzo.

[pic 12]

1. Comente el efecto del porcentaje de fibras en la rigidez del material. Debe explicar cómo influye el porcentaje de fibras en la rigidez del material.

1. En un compuesto elaborado con fibras de vidrio continuas unidireccionales y una resina polimérica, las fibras deben soportar el 94% de una fuerza de tensión aplicada en la dirección longitudinal (paralela a las fibras)

1. Determine el volumen de fibras (en %) que deberá ser empleado en el material. Exprese los resultados con una posición decimal.
2. Determine el volumen de resina (en %) que deberá ser empleado en el material. Exprese los resultados con una posición decimal.
3. Determine la resistencia a tensión del compuesto. Suponga que la tensión de la matriz en el momento de la falla de la fibra es de 30 MPa. Exprese los resultados con un número entero.

1. En el laboratorio de materiales se aplica una fuerza de tensión perpendicular a las fibras a un compuesto de fibras continuas unidireccionales de carbono y una resina epoxica que actúa como matriz. Si el módulo de elasticidad de las fibras es igual a 350 GPa y el módulo de elasticidad de la resina es igual a 3,5 GPa. Considerando que el compuesto contiene 75% de fibras, determine el módulo de elasticidad del compuesto, en GPa. Exprese los resultados con una posición decimal.

Modulo de elasticidad Fibra 350 Gpa

Matriz 3,5 Gpa

Fibras 75%

Matriz 25%

[pic 13]        [pic 14]

1. Un compuesto de FRP está formado por un 40% de fibras de aramida continuas y alineadas en una resina epoxica. Los módulos de elasticidad de las fibras de aramida y de la resina epoxica son 130 y 3,9 GPa, respectivamente.

1. Calcule el módulo de elasticidad del material compuesto en condición de isodeformacion y de isoesfuerzo, en GPa. Exprese su respuesta con dos posiciones decimales.

[pic 15]

1. Si el área de la sección transversal del compuesto es de 150 mm2 y se aplica un esfuerzo de tensión en la dirección longitudinal igual a 40 MPa, determine que fracción de carga es soportada por las fibras y que fracción descarga es soportada por la matriz (en %). Exprese los resultados con dos posiciones decimales.

[pic 16]

1. Determine la deformación axial unitaria que ocurren en el material. Exprese sus resultados con cinco posiciones decimales.

[pic 17]

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