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José Manuel Bayo Arias

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9. EJECUCIÓN DE ENSAYOS

En este capítulo, el más extenso del proyecto, hablaremos de los procesos de mecanizado

y unión utilizados en la fabricación de probetas, una breve descripción de los equipos

utilizados, acondicionamientos y descripción del proceso de ejecución de los distintos ensayos:

proceso, utillaje, comportamiento del material, incidencias, etc…

9.1. EQUIPOS UTILIZADOS

Para la descripción de los diferentes equipos y características, realizaremos una

clasificación de éstos de acuerdo con la función que desarrollarán en la evolución de este

proyecto.

Las diferentes funciones son: Acondicionamiento, mecanizado y unión de probetas y ensayo.

• Acondicionamiento.

o Cámara climática.

o Balanza electrónica de precisión.

• Mecanizado y unión de probetas.

o Fresadora-taladradora.

o Cortadora de materiales compuestos.

o Lijadora.

o Plancha de platos calientes.

• Ensayos.

o Máquina universal de ensayos INSTRON 4482.

o Máquina hidráulica de ensayos INSTRON 8801.

o Horno de temperatura INSTRON.

o Máquina de ensayos Zwick Z250.

9.1.1. EQUIPOS DE ACONDICIONAMIENTO

Para realizar el acondicionamiento de las probetas se necesitó una cámara climática

capaz de reproducir condiciones de humedad y temperatura, 70ºC y 85% en nuestro caso. Para

ello se utilizó la cámara climática CHALENGE 600.

Debido a que el control del acondicionamiento fue realizado en función de la norma

europea prEN 2823, también fue necesario utilizar una balanza de precisión con tolerancia

±0.1mg para las diferentes pesadas efectuadas con el fin de controlar el peso y el contenido

de humedad de las probetas testigo.


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Fig. 22 Cámara climática

9.1.2. EQUIPOS DE MECANIZADO Y UNIÓN

Dentro de este apartado recogeremos por un lado los equipos necesarios para mecanizar

el material suministrado en paneles y aquellos equipos que se utilizaron para el montaje de las

probetas en sus distintas configuraciones geométricas.

Para el mecanizado de las probetas se utilizaron dos equipos: cortadora de materiales

compuestos DV 27 con un disco diamantado para el corte y taladro fresador ERLO: TF-30, que

se utilizó para la ejecución de los taladros y avellanado en las probetas.

Fig. 23 Máquinas de mecanizado

Para la correcta unión de las distintas partes que forman una probeta se utilizó para dar

presión y temperatura la prensa de platos calientes de laboratorio FONTIGNE de 50KN.


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Fig. 24 Prensas de platos calientes

Para conseguir un acabado adecuado con el fin de unir mediante adhesivo las probetas

o pegar los tacones en estas se recurrió a una lijadora de arena a presión.

Fig. 25 Máquina lijadora mediante arena a presión

9.1.3. EQUIPOS DE ENSAYO

Para la realización de los ensayos se utilizaron máquinas universales de ensayo de

diversas características, ya que se requerían distintos niveles de carga y de medición. También

se utilizaron equipos para obtener condiciones especiales de temperatura durante el ensayo.

Así pues se utilizaron:


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• Máquina universal de ensayos INSTRON 4482.

Máquina estática de funcionamiento mecánico mediante tornillos sin fin con dos posibles

células de carga: de 100KN y de 5KN.

• Máquina universal de ensayo INSTRON 8801.

Máquina dinámica de funcionamiento hidráulico con célula de carga de 100KN. Permite el

uso de dos extensómetros.

a) b)

Fig. 26 Máquinas de ensayo INSTRON; a) 4482; b) 8801

• Máquina de ensayo Zwick Z250.

Máquina de ensayo estática de funcionamiento mecánico con tornillo sin fin con una

célula de carga de 250KN y horno para ensayos a temperatura.

Fig. 27 Máquina de ensayos Zwick con horno incorporado


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• Cámara de temperatura INSTRON 3119-007.

Cámara de temperatura utilizada para conseguir alta temperatura en los ensayos

mecánicos. Se incorpora a las máquinas INSTRON de ensayo.

Fig. 28 Cámara de temperatura INSTRON 3119-007

9.2. FABRICACIÓN DE LAMINADO DE FIBRA DE VIDRIO

Para la realización de las probetas fue necesario fabricar laminados de fibra de vidrio para

emplearlos como tacones en las probetas que sufrirán los ensayos mecánicos. Para ello se

eligió un material acorde con las condiciones de ensayo exigidas en la ficha técnica: ensayos a

alta temperatura y probetas acondicionadas a 70°C y 85% de humedad. Se decidió utilizar un

tejido de fibra de vidrio preimpregnado con resina epoxi de curado a 180°C.

El material fue recepcionado y almacenado según la norma I+D-P-250 y bajo las

condiciones específicas dictadas en su ficha técnica. Se inspeccionó el embalaje y se almacenó

en la cámara frigorífica a -18°C, sin colocar de pie. Adicionalmente se recibió el albarán donde

se resumía la historia de entradas y salidas del material de las cámaras frigoríficas para

determinar su exposición a la temperatura ambiente y controlar su caducidad, continuando en

el laboratorio con este proceso.

Después de un almacenaje durante 72 horas se procedió a la fabricación de los tacones en

el autoclave. Según los requerimientos que se encuentran en las normas de los ensayos

requeridos, los tacones debían tener un espesor de aproximadamente 1mm y la orientación

del laminado a ±45°. La razón de utilizar tejido con esas direcciones de fibra, obedece a

razones de mecanizado y deformación. El corte es más limpio bajo estas orientaciones y con

respecto a la deformación, se impone una menor contracción tanto en la dirección longitudinal

y transversal que con direcciones 0-90°. Al tener la lámina de material un espesor nominal

dentro del intervalo [0.089,0.127] mm, se estableció un laminado de 10 capas a la orientación

pedida, tejido a ±45°. Se optimizó el material para obtener el mayor número de paneles,

mediante un programa de diseño gráfico y se procedió al corte en la sala limpia.


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Se dejó el material en la sala limpia fuera da la cámara para que se ambientaran. Después,

se cortaron los patrones y se retiró la película separadora de cada una de las caras del prepreg.

Se colocaron las capas de preimpregnado una encima de otras respetando las direcciones y

minimizando el aire entre capas, peinando las capas para evitar arrugas y oclusiones de aire.

Para evitar esto último se utilizó un calentador a una temperatura aproximada de 60°C

mejorando acople y pegajosidad. Por último se colocaron sobre el apilado de telas láminas de

teflón para la bolsa de vacío además de otros componentes, según el esquema.

Fig. 29 Esquema bolsa de vacío

Una vez hecha la bolsa se utilizó el método de compactación en frio. Se aplicó vacio a

temperatura ambiente, 250 mm Hg durante al menos 5 minutos desconectando al final del

proceso las mangueras de vacío. Se introdujo el montaje en autoclave, aplicando un nuevo

vacío que dio como resultado una presión dentro de la bolsa de 0.2 bares, establecida en la

ficha técnica del material. Por último se realizó el ciclo de curado, que se muestra a

continuación.

Fig. 30 Ciclo de curado de autoclave

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0 50 100 150 200 250 300

Tem

pe

ratu

ra[°

C]

Tiempo [min]

CURADO AUTOCLAVE

CURADO AUTOCLAVE

Curado a 6 bares

Rampa de entradaa 3°C/min

Salida autoclave yenfriamiento alambiente

Rampa de salidaa 3°C/min


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Fig. 31 Bolsa de vacío y autoclave

9.3. MECANIZADO Y FABRICACIÓN DE PROBETAS

Para la fabricación de las probetas mediante mecanizado en los equipos presentados se

ha seguido la norma I+D-P-387: mecanizado de materiales compuestos de fibra de carbono. El

mecanizado y fabricación se llevó a cabo bajo la premisa de precisión, exactitud y trazabilidad

en el proceso completo.

El proceso consta de una serie de pasos generales a los que hacemos mención:

• Recepción del material

• Inspección visual de los paneles y optimización del material

• Mecanizado de paneles

• Inspección visual y geométrica de las probetas o partes de las probetas

• Mecanizado de taladros. Remaches a utilizar.

• Montaje de probetas

El material fue suministrado en forma de paneles de diversas características: para M65 se

recepcionaron diversos paneles de diferentes configuraciones geométricas y para el resto de

los materiales todos tenían una dimensión de 500x500mm. Con el fin de respetar la

trazabilidad se les dio una referencia a cada uno de los paneles. (Tabla 13).

Antes de cortar el panel de ensayo, se realizó una inspección visual con objeto de

determinar posibles defectos de fabricación tales como arrugas, grietas y delaminaciones o

cualquier otro tipo de defectos o anomalías. Como resultado de dicha inspección se observó

que los paneles fabricados mediante RTM, los correspondientes a los materiales HEXCEL

651/HTA y HEXCEL RTM6/HTA, presentaban en su parte central defectos de fabricación ya que

por esa zona se inyectó la resina provocando defectos en el panel. Como consecuencia se tuvo

que evitar esa zona de los paneles para la fabricación de probetas. Esto hizo más complicado


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optimizar el material para poder obtener todas las probetas necesarias previstas en la ficha

técnica.

La inspección de los paneles del material HEXCEL M65 no arrojó ningún resultado que

reflejara la existencia de ningún defecto en los distintos paneles recepcionados.

MATERIAL ESPESOR

[mm] REFERENCIA PANELES LAY-UP

M65 2.07 REF-1-M65 1 (45f/90t/90t/90t/0f/90t/90t/90t/45f)

M65 2.88 REF-2-M65 1 (0/45/0/0/45)(45/90/0/90/45)

M65 5.68 REF-3-M65 1

(45/-45/90/90/-45/45/0)tape

(0/45/45/45/45/45/0/0/45)fabric

(45/0/45/45)fabric

651/HTA 3.33

REF-(1-10)-651 10 (45/90/90/90/0/90/90/90/45)fabric

RTM6 REF-(1-4)-RTM6 4

651/HTA 3.70

REF-(11-13)-651 3 (0/45/0/0/45)(45/90/0/90/45)fabric


651/HTA 7.03

REF-(14-15)-651 2 (45/904/45/90)s(45/902/45/90)fabric


Tabla 13 Referencia de los paneles recepcionados

Se muestra a continuación el resultado de la inspección visual en los paneles

fabricados mediante el proceso de RTM. Se puede observar claramente la zona por donde se

inyectó la resina y en al caso del panel REF-1-RTM6, la falta de refuerzo de fibra de carbono en

una zona del panel.

Daño 1 Fallo en REF-1-651




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Fig. 32 Inspección visual en paneles

Una vez inspeccionados los paneles se realizó un estudio de optimización del material.

Para ello se tuvieron en cuenta diferentes aspectos de obligado cumplimiento. El primero de

ellos evitar que las probetas contuvieran los diferentes desperfectos encontrados en los

paneles de ensayo y el segundo de ellos la exigencia de la ficha técnica de que todas las

probetas de una misma serie se obtuvieran de un mismo panel.


Daño 5 Fallo en REF-1-RTM6












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Para el proceso de optimización se tuvo en cuenta la necesidad de sobredimensionar las

cotas de cada una de las probetas o partes de estas. Esto es debido a la necesidad de resanar

los bordes de los paneles del orden de 5 mm para evitar los posibles defectos no apreciables a

simple vista de los laterales del panel, provocados en su fabricación y a la necesidad de

tacones en las probetas, necesitando resanar los bordes de las probetas una vez pegado el

tacón. Además, el corte por disco diamantado provoca la eliminación de la zona de material

que entra en contacto directo con el disco ya que este tiene un espesor de 4 mm.

Una vez terminada la inspección y optimización del material se procedió al mecanizado.

La máquina cortadora posee una mesa que permite la colocación del material de trabajo. La

superficie de dicha mesa es de una goma que ayuda a evitar el deslizamiento del material una

vez comenzado el corte. La máquina tiene un sistema de medida capaz de establecer cuál es la

profundidad del corte a lo largo del eje longitudinal del panel y permite un ancho de corte

preciso. Se mide mediante un calibre electrónico calibrado e impermeable al agua sujeto a un

carro que mediante un tornillo sin fin, permite desplazar el calibre obteniendo la medida

requerida.

El primer paso es regular la cabeza operadora a través de una muelle, que permite su

correcta colocación en función de las condiciones de trabajo solicitadas, es decir, la altura

entre la superficie del disco y la mesa de trabajo debe ser tal que permita el corte total de la

anchura del laminado a mecanizar.

El segundo paso consiste en establecer el ancho de corte mediante el calibre. Debido a la

falta de precisión de la medida por la unión del carro y el calibre se debe comprobar esta con

un retal del material que no vayamos a utilizar y se considere prescindible. Así iremos

ajustando la medida utilizando un calibre manual después del corte. Una vez hecho esto

colocamos el material a cortar, resanando antes los bordes si el material contiene bordes

exteriores originales del panel.

Fig. 33 Detalle de corte con disco refrigerado y carro con calibre

Hay que destacar que el mecanizado de las probetas se realizó en dos partes

diferenciadas. En primer lugar se mecanizó los paneles obteniendo en un solo bloque de

material compuesto todo el material necesario para obtener las probetas de un determinado

ensayo, sobredimensionadas para que en el posterior corte no nos falte material. Después de

pegar los tacones y realizar la unión composite-composite o ambas sobre los bloques


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correspondientes, se procedió a realizar el mecanizado final, de tal forma que el corte final de

las probetas con el ancho y largo determinado en la ficha técnica se realizara de forma más

efectiva sobre ese bloque.

Fig. 34 Esquema proceso de mecanizado final de probetas

A continuación se muestra un esquema del proceso:

Fig. 35 Ciclo proceso de uniones adhesivas y mecanizado final

La operación de corte es completamente manual, pero el sistema de deslizamiento

utilizado por la mesa de trabajo, permite al operador desplazar la mesa con facilidad

controlando la velocidad de corte que no debe ser muy alta para evitar imperfecciones en el

Corte de bloques

de probetas

Unión

composite-

composite

Pegado de

tacones de

fibra

Corte final de

probetas sobre

bloques

Bloques de

probetas

Unión composite-composite

Pegado de tacones

Tacón de fibra de vidrio


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corte. Durante la operación la zona de corte fue enfriada abundantemente con agua bajo

presión, para evitar quemaduras localizadas del material, y asegurar un buen acabado de la

superficie.

Por lo tanto el mecanizado se ejecutó cuidadosamente, de tal forma que los cortes fueron

limpios y orientados con respecto a la dirección requerida de la fibra con una precisión de ±1°

según norma.

Cada vez que se efectuaba un corte crítico (corte que da como resultado la anchura de la

probeta) y obtenida la probeta, se volvió a medir para comprobar que las dimensiones eran las

correctas y estaban dentro de la tolerancia que establecía la norma. Si no cumplía, se debía

volver a resanar los bordes para obtener la cota correcta. Por ello se mecanizaba intentando

medir por el positivo del intervalo de tolerancia, por si había que rectificar. Posteriormente se

inspeccionaba visualmente la probeta para ver si existía algún defecto consecuencia del

mecanizado. Solo se encontró un defecto que se atribuyó a una mala fabricación del panel.

Después de mecanizar el panel REF-5-651, se produjo una delaminación masiva en una parte

del panel.

Fig. 36 Detalle de delaminación I

Fig. 37 Detalle de delaminación II

Una vez mecanizados los paneles y obtenidas las probetas o los componentes de las

probetas en su caso, se procedió al mecanizado de taladros en las piezas que fueran

necesarias. Las fichas técnicas establecieron el tipo de remache a instalar y el diámetro de

taladro necesario para cada uno de los ensayos. En la siguiente tabla se puede observar el tipo

de remache, diámetro y ensayo donde se debe realizar e instalar.


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MATERIAL ENSAYO DIÁMETRO[mm] TIPO REMACHE

M65 Bearing 4.8 Ciego

Pull-out 6.35 Tornillo y tuerca

HEXCEL 651 Riveted joint

test 4.8 Ciego


RTM6 Bearing 4.8 Ciego


Tabla 14 Diámetro y tipo de remache

Para realizar estas operaciones se aplicó la norma I+D-P-231: Remachado de estructuras

de materiales compuestos de fibra de carbono. En esta norma se distingue entre remaches

ciegos, HI-LOCK y fasteners (tornillos, bulones y remaches no ciegos de extremo roscado). En

nuestro caso tenemos remaches ciegos y fasteners. En la siguiente tabla se recogen los

distintos remaches a utilizar en los ensayos.

MATERIAL RECIBIDO NOMENCLATURA DIÁMETRO NOMINAL

CANTIDAD GRIP

REMACHES MATERIAL M65 ABS0255-6 5mm 18 6mm

REMACHES MATERIAL HEXCEL 651 Y RTM6 ABS0255-6 5mm 18 3.7mm

REMACHES MATERIAL HEXCEL 651 Y RTM6 ABS0255-6 5mm 70 7.4mm

TORNILLO PULL-OUT M65 NAS1153E12D 6.35mm 18 NO

TORNILLO PULL-OUT HEXCEL 651 Y RTM6 ASNA0093P5-10 7.9mm 30 NO

TUERCA PULL-OUT M65 NAS129C3M 4.2mm 18 NO

TUERCA PULL-OUT HEXCEL 651 Y RTM6 NAS129C5M 7.9mm 30 NO

ARANDELA PULL-OUT M65 NO NO NO NO

ARANDELA PULL-OUT HEXCEL 651 Y RTM6 NAS1149CO516R 8.35mm 30 NO

Tabla 15 Remaches utilizados. Nomenclatura, diámetro, cantidad y grip

A la hora de pedir dichos remaches, ya que fueron cedidos por EADS CASA, una vez leída la

ficha técnica se tuvo en cuenta el grip, espesor suma de los espesores de probeta a unir

mediante el remache. Este valor es crítico a la hora de elegir el remache ciego como veremos

más adelante.

Guiándonos por el diámetro que se recoge en las fichas técnicas, entramos en las tablas

de la norma para obtener el diámetro de taladro que teníamos que hacer.


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• Fasteners

Se decidió realizar un ajuste de precisión ya que lo recomienda la norma y para poder

realizar el ensayo de forma lo más precisa posible para taladros estándar. Así pues entrando

con el diámetro y eligiendo ajuste de precisión se obtuvo el siguiente intervalo de cotas de

taladrado.

MATERIAL NOMENCLATURA DIÁMETRO

FICHA TÉCNICA

AJUSTE DE PRECISIÓN [mm]

DIÁMETRO ESCARIADO FINAL

Hexcel M65 NAS1153E12D 6.35mm 6.273 6.350 6.337 6.362

Hexcel 651 Y RTM6

ASNA0093P5-10 7.9mm 7.848 7.950 7.925 7.950

Tabla 16 Intervalo de cotas de taladros para fasteners

• Remaches ciegos

Los remaches ciegos utilizados son los ABS0255-6, definidos por la ficha técnica Aerospace

series, Bolt, Blind, Hex-Head, Self-locking ABS0255. Como hemos visto, la ficha técnica

establece un diámetro de 4.8mm para estos remaches. Además existen dos tipos de grip: para

espesores de 7.4mm, para 5.76mm y para espesores de 3.7mm. Según esto la nomenclatura

del remache ciego es, atendiendo al espesor de la unión o de la probeta:

MATERIAL ENSAYO ESPESOR DE LA UNIÓN O GRIP

NOMENCLATURA

Hexcel M65 Bearing 5.76 ABS0255-6-250Z

Hexcel 651/HTA Tension through the

hole y bearing 7.4 ABS0255-6-300Z

Tension by pass 3.7 ABS0255-6-250Z

Hexcel RTM6/HTA Bearing 7.4 ABS0255-6-300Z

Tabla 17 Grip para remaches ciegos

donde el código 6 indica diámetro 4.8mm y el código 250Z y 300Z un intervalo de grip de

[5.08,6.35]mm y [6.35,7.62]mm respectivamente. Al igual que en los fasteners se eligió un

ajuste de precisión para realizar los taladros. Hay que destacar que para remaches ciegos la

norma establece un diámetro de 5mm que no corresponde con la de la ficha técnica. Además,

una vez medidos los remaches ciegos recibidos se comprobó que poseían un diámetro de 5mm

y no de 4.8mm. Los intervalos de cotas de taladrado son los siguientes:


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MATERIAL NOMENCLATURA DIÁMETRO

FICHA TÉCNICA

AJUSTE DE PRECISIÓN [mm]

MÍNIMO MÁXIMO

Hexcel M65 y Hexcel 651

ABS0255-6-250Z 4.8mm 5.055 5.077

Hexcel 651 Y RTM6

ABS0255-6-300Z 4.8mm

Tabla 18 Intervalos de cotas para remaches ciegos

Una vez obtenidos el tamaño de diámetros a taladrar se ha de elegir una broca

escariadora para cada uno de los tamaños elegidos. No siempre se puede encontrar una broca

que se ajuste exactamente al diámetro requerido. En nuestro caso las broca para los remaches

ciegos fue de 5,06mm, para los fasteners de 7.9mm de 7.95mm y para los fasteners de

6.35mm una de igual diámetro.

Para poder ajustar el filo de la broca con el lugar exacto para taladrar se utilizó un calibre

de altura. El calibre de altura es un elemento de medida capaz de elegir la cota cero a partir de

la cual medir. Consta de un medidor de altura capaz de ponerse a cero y en su filo, un metal de

alta dureza que permite marcar en el material efectuando una ralladura por presión en la

superficie de la probeta.

Fig. 38 Marcado con calibre de altura

Como se ve en la figura anterior, fijamos la cota cero a la altura que nosotros decidamos.

Colocamos la probeta pegada a un elemento pesado que nos de la base para fijar la probeta y

marcamos con el calibre, sin apretar demasiado para no dañar el laminado, señalando el lugar

exacto donde debe realizarse el taladro en las direcciones perpendiculares.


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A continuación se muestran las diferentes medidas y las cotas ceros de las diferentes

probetas que se han taladrado.

a) b) c) d)

Fig. 39 Marcado de Taladros; a) TTHII; b)TTHI; c)Bearing; d)Tension by pass

e) f)

Fig. 40 Marcado de taladros; e)Pull-out RTM6 y 651; f)Pull-out M65

El proceso de marcaje solo se realiza en una de las probetas o piezas debido a que en la

máquina taladradora se fijan los útiles para que encajen perfectamente estas y el proceso sea

repetitivo. El proceso de taladrado se lleva a cabo a alta velocidad en el giro de la broca

escariadora e intentando no provocar delaminaciones ni daños en el material. Para ello se

tomaron ciertas precauciones: la cara exterior de salida del material es la que más sufre, por lo

tanto se colocó una pieza o bloque de apoyo de fibra de vidrio curada para evitar las

delaminaciones y la velocidad absoluta vertical de avance de la broca fue lo suficientemente

pequeña para evitar daños en el material, realizándose todo ello de forma manual.

Para cada una de las series, una vez realizado el taladro de la primera probeta que se

encontraba marcada, se realizó una verificación dimensional del agujero mediante un calibre

electrónico, midiendo el diámetro del taladro observando que entraba dentro del intervalo de


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cotas y del centrado del taladro en la marca. Una vez se dio el visto bueno se procedió con el

resto de las probetas. Se repitió el procedimiento con cada una de las series, terminando con

el proceso de taladrado. En el caso de avellanado se utilizó una herramienta especial para

dicho proceso. En las probetas de M65 de pull-out se precisó dicho mecanizado a una

profundidad de 3mm y 100° de ángulo de avellanado.

Por último se procedió al montaje de las probetas de los distintos ensayos. En el proceso

diferenciaremos entre:

• Unión adhesiva de piezas y encolado de tacones

• Unión remachada de piezas

En el proceso de unión adhesiva de piezas y encolado de tacones se siguió la norma I+D-P-

233 de AIRBUS: Fabricación de estructuras de materiales compuestos de fibra de carbono y la

ficha técnica del adhesivo empleado: Hysol EA9695 o Z-15304.

Debido a las características especiales de los ensayos, temperaturas de ensayo de 120, 140

y 150°C, se decidió utilizar este adhesivo de curado a 180°C, para que no se degradara durante

el ensayo. Además se requería que tuviera una excelente resistencia ante condiciones

adversas, en concreto frente a procesos de absorción de humedad. Para la recepción y

almacenaje del material se siguió la norma I+D-P-333A: Calificación y recepción de adhesivos

film de curado a 180°C.

Siguiendo esta norma y la ficha técnica, para el almacenaje en el laboratorio se embaló en

una bolsa de polietileno, introduciendo el conjunto en un contenedor frigorífico a -12°C para

su conservación. Se garantizó una estancia mínima del adhesivo a temperatura ambiente para

evitar su deterioro. No fue necesario realizar un seguimiento de la estancia del adhesivo fuera

de la cámara frigorífica ya que la especificación del material indicaba que se podía utilizar

durante 90 días a 25°C, temperatura habitual dentro del laboratorio.

Se necesitó montar probetas con unión composite-composite para los ensayos de Bearing,

compresión y Tension through the hole. Posteriormente se pegaron los tacones de fibra de

vidrio en las probetas de Bearing, Tension through the hole, tension by pass, tracción y

tracción post impacto.

El proceso de unión consta de los siguientes apartados:

• Lijado

• Limpieza de superficies

• Aplicación del adhesivo

• Curado de la superficie encolada

Lijado

Se utilizaron dos procesos diferentes: lijado manual y lijado mediante arena. El proceso de

lijado manual se utilizó para pequeñas áreas de lijado. Se inició con papel abrasivo de alúmina

de tamaño de grano 240, con cuidado de no dañar la fibra y de forma uniforme, comprobando


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el acabado del elemento mediante una inspección visual. De esta forma se eliminó toda la

resina superficial del acabado de proceso de fabricación que impediría un buen pegado entre

las superficies del composite.

Para el lijado mediante arena se utilizó una máquina …………………………..Se utiliza una pistola a

presión de aire comprimido para aplicar sobre la superficie del composite dentro de una zona

estanca, manteniendo una distancia de 15cm aproximadamente. Se tuvo cuidado de no

mantener demasiado el chorro de arena sobre una zona determinada, ya que si no dañaría el

material provocando heterogeneidades en la superficie y pérdida de fibra. Después se eliminó

mediante una brocha la arena de la superficie y para completar el procedimiento, se limpió

con un paño húmedo para eliminar el resto de la arena de la superficie del composite.

Fig. 41 Máquina de lijado mediante abrasivo a presión

Limpieza de superficies

Las superficies se limpiaron con acetona, ya que es un disolvente de fácil aplicación y

evaporación rápida evitando su acumulación e inerte. Se usaron trapos con dicho disolvente,

pasando después un trapo seco para evitar un secado debido exclusivamente a la evaporación.

Dichos trapos se cambiaron con alta frecuencia, finalizando el proceso en el trapo utilizado no

quede restos de suciedad. Se elemento se secó a temperatura ambiente.

Aplicación del adhesivo

Después del proceso de limpieza se aplicará el adhesivo de forma inmediata. Antes de todo el

proceso se sacó el adhesivo de la cámara frigorífica dejándolo a temperatura ambiente 30

minutos, con el fin de que estuviera en condiciones de ser aplicado, ya que a la temperatura de

conservación no mantiene las condiciones de pegado. Después, al ser un adhesivo tipo film, se

desenrolló sobre una superficie acristalada y limpia. Por la zona donde no tiene pelable se

colocó el área de la probeta que se ha limpiado aplicando presión y se cortó por los bordes

definidos por la probeta, consiguiendo que la superficie a pegar esté completamente ocupada

por el adhesivo. Posteriormente se unen los dos elementos y se aplica una presión de forma

manual durante aproximadamente 1 minuto sobre el área a pegar de los dos elementos. Si

alguno de los laterales es susceptible de que la rebaba del adhesivo, en el proceso de curado,

pueda fluir y solidificar sobre la superficie del composite pudiendo evitar el contacto con la

otra parte de la probeta en la unión remachada, se colocará sobre esa superficie cinta de alta

resistencia con el fin de poder eliminar dicha rebaba. Para disminuirla al mínimo se evitó que


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el adhesivo llegara hasta el borde del elemento, dejando una estrecha franja entre el borde y

el film.

Curado de la superficie encolada

Una vez preparada la probeta se procedió al curado del adhesivo. Tanto en el proceso de

curado de tacones y la realización de la unión composite-composite el procedimientos fue el

mismo.

El adhesivo curaba durante dos horas a 177°C. El ratio de subida de temperatura en la rampa

de inicio del curado, no fue un dato crítico según ficha técnica del adhesivo, pero se puso en el

intervalo recomendado, [0.6,5.6]°C/min.

El curado se realizó en una prensa de platos calientes de laboratorio. Por lo tanto la presión de

curado depende directamente del área a pegar, ya que la plancha tiene el controlador de

presión en KN. Como sabíamos que la presión de curado para este adhesivo es de 310KPa,

tomando el área a unir obtenemos la presión en KN:

� � 310�� á� �� 0.310�

�� á� �� 1

��1000�

� �� ó��

Fig. 42 Ejemplo de ciclo de curado en prensa de platos calientes

Para evitar el deterioro de los platos y el pegado de la rebaba del adhesivo en éstos y un

posible deterioro de la probeta, se colocó un film de teflón en ambas superficies. Para

aprovechar al máximo las posibilidades del aparato y lograr una homogeneidad en la

temperatura de curado sobre la zona de unión, las probetas a curar distaban 20mm como

mínimo del borde de los platos.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Pre

sió

n [

KN

]

Tiempo [min]

CURADO

CURADO

Curado a 15KN

Rampa de entrada


Julio 2009

60

Fig. 43 Láminas de teflón en prensa de platos calientes

La rampa de salida se realizó a una tasa constante fijada por la prensa, gracias a la

refrigeración de los platos mediante la circulación de agua.

MATERIAL ENSAYO Y PROBETA ÁREA DE UNIÓN

[mm2] PRESIÓN DE CURADO

[KN]

Hexcel M65 Bearing 30720 9.53

Compresión 15000* 4.65

Hexcel 651/HTA

Bearing 30720 9.53


Tension through the hole

39600* 12.30

Hexcel RTM6/HTA Bearing 30720 9.53


*Pegado de los 4 bloques a la vez y de las dos series de cada material a la vez

Tabla 19 Presiones de curado en unión composite-composite

MATERIAL ENSAYO Y PROBETA ÁREA DE UNIÓN

[mm2] PRESIÓN DE CURADO

[KN]

Hexcel M65 Bearing 28800* 8.93

Tracción 9600** 6

Hexcel 651/HTA

Bearing 28800* 8.93

Tension by pass 22500* 6.98

Tension through the hole tipo I y II

9000* 6

Tracción post impacto

20000* 6.2

Tracción 24000* 7.50

Hexcel RTM6/HTA Bearing 28800* 8.93

Tracción 9600** 6

*Pegado de los 4 tacones a la vez; **Pegado de los 4 tacones a la vez de las dos series por material

Tabla 20 Presiones de curado en tacones


Julio 2009

61

Después de este proceso se llevó a cabo el montaje final de las probetas unidas mediante

remache; bearing, tension through the hole y aquellas que llevan el remache instalado y no se

encuentran en el grupo anterior, tension by pass. Para las probetas de pull-out el remache se

instala justo antes del ensayo.

Para la realización de la unión remachada e instalación de remaches se siguió la norma

I+D-P-231: Remachado de estructuras de materiales compuestos de fibra de carbono. La

instalación se realizó en seco ya que cumplía las normas de no estar en riesgo de

contaminación por fluidos. Diferenciaremos entre la instalación del remache ciego y los

fasteners.

Instalación de remache ciego

Como se ha dicho, el remache ciego se instaló en las probetas de los riveted joint tests. El

remache ciego posee un vástago a través del cual gira una tuerca que da el par a la instalación.

Cuando este llega a un par máximo fijado por el remache, se produce la rotura del vástago

debido a un estrechamiento de éste. Esto se produce cuando la tuerca llega a tal

estrechamiento.

Fig. 44 Remaches ciegos ABS0255-6

Para la instalación se pinzó el vástago del remache mediante un gato manual. Se asentó el

remache de manera que no se forzó en ningún momento como determina la norma. De lo

contrario habría que repasar el taladro. Además se tuvo cuidado de que el remache tuviera

una buena perpendicularidad para no influir en el ensayo. Después, manualmente, mediante

una llave se giró la tuerca hasta la rotura del vástago, quedando la probeta montada.

Grip Vástago

Tuerca de apriete


Julio 2009

62

Instalación de fasteners

Para la instalación de los fasteners en las probetas de pull-out se necesitó una llave

dinamométrica que diera el par de apriete establecido en la norma. Los pares aplicados son los

siguientes.

MATERIAL Φ Par mínimo

[Nm]

Par máximo

[Nm]

M65 6.35 7.34 11.03

651 7.95 14.69 22.60

RTM6 7.95 14.69 22.60

Tabla 21 Pares de apriete

La llave dinamométrica se ajustó aproximándola al máximo par del intervalo que correspondió

a cada material. La instalación se explicará en el epígrafe dedicado a este ensayo.

a)

Fig. 45 Fasteners utilizados; a) Para RTM6 y 651; b) Para M65

Se instaló una arandela para conseguir el espesor total y evitar daños en la probeta debido al

alto par aplicado. La arandela se colocó en el lado de la tuerca.


Julio 2009

63

9.4. ACONDICIONAMIENTOS

Una vez montadas las probetas, se sometieron las series implicadas a su

acondicionamiento, bajo unas condiciones de temperatura y humedad de 70°C y 85%

respectivamente hasta el equilibrio: saturación de la probeta por contenido de humedad. Para

controlar dicho acondicionamiento se aplicó la norma prEN 2823: Aerospace series. Fibre

reinforced plastics. Determination of the effect of exposure to humid atmosphere on physical

and mechanical characteristics.

Para el control de la absorción de humedad que sufrieron los ensayos mecánicos se

realizaron tres probetas testigo. Estas probetas son necesarias para determinar el contenido

de humedad que hayan podido adquirir las probetas de ensayos mecánicos durante el

acondicionamiento. Los especímenes, según ficha técnica, tienen una dimensión cuadrada de

lado 25mm o mayor con un peso mayor de 1.5gr. Se decidió obtener tres especímenes de cada

serie de 25mm excepto para el control de las probetas de tracción post impacto, donde

obtuvimos 4 probetas testigo de 50mm de lado debido al gran tamaño de la probeta de TAI.

Todas las probetas testigo se obtuvieron del laminado maestro utilizado para fabricar las

probetas a ensayar.

Para la colocación de los testigos en la cámara climática se tuvieron en cuenta una serie de

requisitos:

• Se mantuvo un contacto puntual mediante rejillas entre los testigos y la cámara

climática, evitando el contacto con las paredes y el suelo de la cámara obteniendo así

la mayor superficie la mayor superficie posible de exposición.

• Se mantuvo una distancia mínima entre testigos, evitando siempre el contacto entre

ellos.

Fig. 46 Cámara climática y probetas acondicionándose


Julio 2009

64

Fig. 47 Probetas testigo o travellers

Según la norma, se consideró que los especímenes llegaron al equilibrio y por lo tanto la

finalización del acondicionamiento de la serie correspondiente cuando la medición de entre

tres pesadas sucesivas de los testigos sea casi constante en un intervalo de 168 horas entre

cada pesada y se cumpla la condición de equilibrio según la ecuación:

��

� 5 10��

Para obtener un control efectivo se pesaron los testigos obteniendo el peso de cada uno

de ellos, la media de pesos, el peso relativo de los testigos, la humedad absorbida y la

condición de equilibrio. Para ello se siguió el siguiente proceso:

• Se extraen los testigos de la cámara climática en una bolsa de polietileno cerrada, y se

secan con un paño absorbente para eliminar cualquier condensación de la superficie.

• Posteriormente se pesan en la balanza electrónica, que debía tener una tolerancia de

0.1mg, cada testigo apuntando las pesadas, calculando las variables anteriores.

• Se realiza el proceso de acuerdo con el intervalo de tiempo siguiente.

o Durante las primeras 72 horas se realiza una pesada cada 24 horas, ya que la

absorción de humedad es mucho mayor en los primeros días.

o Durante 288 horas se realizan pesadas cada 72 horas.

o Posteriormente se pesan con un intervalo de 168 horas, una vez por semana.

Dicha pesada se define como Mj en la ecuación de la condición de equilibrio.

Luego la diferencia entre las pesadas de la ecuación es de dos semanas, Mj-2.

Se realizó el siguiente informe para cada serie acondicionada. Todos los informes pueden

encontrarse en el anexo II.


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65

Fig. 48 Informe de adquisición de datos de acondicionamiento. Peso relativo y humedad


Julio 2009

66

Fig. 49 Gráficas de humedad, equilibrio y peso relativo

Los cálculos de las variables de absorción de humedad y peso relativo son:

• Absorción de humedad:

� ��

��

donde M0 es el peso medio inicial de las tres probetas testigo y Mj el peso en la pesada

correspondiente j.

• Peso relativo:

� ��


Julio 2009

67

donde Pj es el peso de la probeta testigo en la pesada j y Po el inicial.

Cabe destacar que para el acondicionamiento de las series de compresión post impacto y

tracción post impacto, el impacto se realizó antes del envejecimiento, estando la probeta

dañada en la cámara.

9.5. CONDICIONES DE ENSAYO

Como resultado de las distintas aplicaciones de estos composites de fibra de carbono, se

pueden dar diferentes condiciones ambientales durante su puesta en servicio. Además del

acondicionamiento anteriormente previsto que envejece el material, también pueden estar

sometidos a altas temperatura de trabajo para composites. Se hace necesario realizar unas

condiciones de ensayo que generen tales características.

Para la realización en condiciones ambientales, RT, no se realizó ningún proceso de

acondicionamiento ya que el laboratorio de ensayo se mantiene a una atmósfera estándar

controlada de 23 ±3°C y 50±10% de humedad con lo que los materiales se encuentran en

permanente equilibrio a las condiciones exigidas por la norma para los ensayos.

Los distintos tests presentaban condiciones de ensayo a altas temperaturas, en concreto

120, 140 y 150°C. Para la obtención de dichas condiciones se utilizaron sendos hornos de

temperaturas: INSTRON 3310-007 paras las máquinas universales de ensayos INSTRON 4482 y

8801, y horno Z250, incorporado a la máquina Zwick Z250.

a) b)

Fig. 50 Cámaras de temperatura; a) INSTRON 3319-007; b) Horno Z250

La medida de temperatura dentro de la cámara se realizó mediante termopares. El tiempo

necesario de estabilización de temperatura para las probetas dentro del horno, amordazadas y

preparadas para ensayar, se estableció según la norma del ensayo a realizar atendiendo a su

estado: acondicionada o sin acondicionar. Presentamos a continuación dichos tiempos de

estabilización.


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68

ENSAYO ACONDICIONAMIENTO TIEMPO [min]

Bearing RT 15

70°C y 85% humedad 5

Tracción RT 15


CAI RT 15


Compresión RT 10


SBS RT 10


Pull-out RT 15


Tension through the hole

RT 15


Tension by pass RT 15


Tracción post impacto

RT 15


Tabla 22 Tiempo de estabilización

Se debe tener en cuenta que antes de comenzar a ensayar y estabilizar la probeta en el

horno, se ha de precalentar el horno y estabilizar su temperatura durante 15 minutos, una vez

alcanzada esta y mantener el horno y los útiles requeridos en el ensayo durante 30 minutos a

la temperatura de ensayo. Además la duración permitida del ensayo dentro de las probetas

acondicionadas fue menos 5 minutos según norma pr2823.


Julio 2009

69

9.6. ENSAYOS

En este capítulo se verán los distintos procedimientos de ensayo que se han realizado, los

resultados obtenidos. Dichos ensayos son:

• Compresión post impacto

• Compresión

• Tracción post impacto

• Tracción

• Bearing

• Tension through the hole

• Tension by pass

• Cortadura interlaminar o Short Beam Shear

• Pull-out

Dentro de cada uno de estos casos de ensayo se diferenciaran entre los distintos

materiales y estos a su vez en las condiciones de ensayo, temperatura y acondicionamiento de

la probeta, así como espesores. Cada apartado tendrá un resumen de los resultados obtenidos

donde se especificará para cada serie los distintos resultados de cada probeta y los valores

medios, de la propiedad obtenida y coeficiente de variación de resultados.

9.6.1. COMPRESIÓN POST IMPACTO

Los equipos que se han utilizado en la realización del ensayo son:

• Máquina universal de ensayos Zwick Z250.

• Cámara de temperatura máquina Zwick.

• Bandas extensométricas unidireccionales HBM 1-LY41-3/120.

• Reloj comparador.

• Útil para ensayo de compresión post-impacto (Fig.32).

• Útil de impacto (Fig.23).

• Equipo de ultrasonidos.

Par la realización del ensayo se optó por emplear la norma AITM 1.0010. Sin embargo la ficha

técnica especificaba una desviación importante del proceso descrito en la norma, dejando solo

ciertas partes del proceso a la definición establecida en la AITM 1.0010. Luego, la ficha técnica

establecía que:

• Se extraerán del panel 8 probetas por serie

• Se extraerán cuatro probetas para determinar la energía de impacto

• El impacto será el mismo en todas las probetas, calculado para obtener una

indentación equivalente al espesor


Julio 2009

70

Una de las probetas, que se deja sin impactar, se utilizará para equilibrar el útil de

compresión. Con el fin de obtener la energía de impacto necesaria para realizar una

indentación del orden del espesor, se utilizaron 4 probetas de CAI de cada material. Las

probetas se impactaron con una masa de 4,5Kg del útil de impacto a distintas velocidades y

alturas en función de una energía de impacto elegida. Posteriormente dentro de la media hora

siguiente se midió la profundidad de la huella con un reloj comparador. Para ello se midió la

profundidad del impacto en la zona más profunda y en cuatro puntos situados a menos de

20mm del impacto. El área dañada se limitó con ultrasonidos.

Fig. 51 Probeta de compresión post impacto y útil de impacto

Para los tres materiales ensayados, se obtuvieron las siguientes gráficas e interpolando se

calculó la altura necesaria del útil para obtener un impacto que de cómo resultado la

indentación equivalente al espesor.

Hexcel M65

Tabla 23 Resultados de cálculo de energía de impacto para M65

1 10 22.0 -0.026 -0.046 -0.018 -0.025 -0.22 -0.029 -0.192 15 33.0 -0.016 -0.039 -0.013 -0.025 -1.388 -0.296 -1.093 20 43.9 0.004 -0.177 0.05 0.014 -2.1 -0.027 -2.074 30 65.9 0 0 0 0 penetración 0

4.64 R a -0.18829.81 Ecuación b 1.6127Gravedad [m/s2]

dmediaENERGÍA [J]

Masa impactador [Kg]

d4 dmaxAltura [cm]M65

1.00ax+b

d1 d2 d3 indent

Energía [J] 19.73


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Gráfica 1 Energía vs indentación M65

La ecuación de interpolación obtenida es y=1.6127–0.1882x donde x es la profundidad de

la huella y la variable “y” la energía necesaria para obtenerla. La energía de impacto fue de 20

Julios con una altura de 43.9cm y una velocidad de 2.94m/s.

Hexcel 651/HTA

Tabla 24 Resultados de cálculo de energía de impacto para Hexcel 651

Gráfica 2 Energía vs indentación Hexcel 651

1 20 43.9 -0.002 -0.001 -0.002 -0.004 -0.335 -0.002 -0.332 30 65.9 -0.022 -0.051 -0.042 -0.039 -0.845 -0.04 -0.813 40 87.9 -0.117 0 -0.03 0 -3.7 -0.04 -3.664 50 109.8 0 0 0 0 penetración 0


dmediaENERGÍA [J]


d4 dmaxAltura [cm]651 d1

Energía

d2 indent

0.85ax+b

d3

34.47


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72

La ecuación de interpolación obtenida es y=3.635–0.1665x donde x es la profundidad de la

huella y la variable “y” la energía necesaria para obtenerla. La energía de impacto fue de 40


Hexcel RTM6/HTA

Tabla 25 Resultados de cálculo de energía de impacto para Hexcel RTM6

Gráfica 3 Energía vs indentación RTM6

La ecuación de interpolación obtenida es y=3.54–0.1725x donde x es la profundidad de la

huella y la variable “y” la energía necesaria para obtenerla. La energía de impacto fue de 40


Las series a ensayadas son las siguientes:

MATERIAL SIN ACONDICIONAR ACONDICIONADAS

M65 CAS-01-04-03-08 CAS-02-04-03-08

HEXCEL 651 CAS-21-04-03-08 CAS-22-04-03-08

RTM6 CAS-51-04-03-08 CAS-52-04-03-08

Tabla 26 Series de probetas a ensayar de CAI

1 20 43.9 -0.007 -0.016 0.01 0 -0.235 -0.003 -0.232 30 65.9 -0.007 -0.001 0.009 -0.01 -0.991 -0.002 -0.993 40 87.9 -0.015 -0.016 -0.021 -0.024 -3.7 -0.019 -3.6814 50 109.8 0 0 0 0 penetración 0.000


dmediaENERGÍA [J]


d4 dmaxAltura [cm]RTM6

Energía [J]

d1 indent

0.91ax+b

d2 d3

41.97


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73

Una vez que se obtuvo la energía de impacto se procedió a ensayar las dos series de 8

probetas CAI de cada material, una serie sin acondicionar y otra acondicionada, a una

temperatura de 120ºC. Se instrumentalizaron con 4 bandas unidireccionales una probeta de

cada serie ensayada como se observa en la Fig.48 para calibrar el útil de ensayo. El útil de

ensayo se muestra a continuación.

Fig. 52 Probeta de CAI en útil de compresión post impacto. Detalle de guías

El útil posee una gran masa, debido al tamaño de la probeta, con un vástago en la parte

inferior donde se agarra a la mordaza de la máquina. La probeta se coloca entre dos guías que

evitan el pandeo de ésta. Dichas guías son ajustables para colocar la probeta de la mejor forma

posible en función del espesor. Las guías se apretaron lo menor posible para evitar que el

rozamiento influya en el ensayo. Por último, la pieza que transmite la carga a la probeta, es

independiente del resto del útil. Tiene sus propias guías para agarrarse a la probeta y

transmitir la carga de forma eficaz. Como hemos dicho antes, el útil se equilibrará con la

probeta instrumentalizada, dejando el apriete del útil intacto con la configuración conseguida

en el equilibrado, utilizándose esta para el resto de las probetas de la serie, y en este caso para

las dos series del mismo material, AR y WET respectivamente.

Fig. 53 Colocación de probeta de CAI en aplicador de carga del útil


Julio 2009

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Las gráficas de calibrado son las siguientes:

Gráfica 4 Carga vs deformación M65 CAI

Gráfica 5 Carga vs tiempo Hexcel 651 CAI

-18000

-16000

-14000

-12000

-10000

-8000

-6000

-4000

-2000

0

-5000 -4000 -3000 -2000 -1000 0

Car

ga (

N)

Deformación (μm/m)

EQUILIBRADO ÚTIL M65

BANDA 1

BANDA 2

BANDA 3

BANDA 4

-7000

-6000

-5000

-4000

-3000

-2000

-1000

0

0 50 100 150 200 250

De

form

ació

n (

μm

/m)

Tiempo (s)

EQUILIBRADO ÚTIL 651

BANDA 1

BANDA 2

BANDA 3

BANDA 4


Julio 2009

75

Gráfica 6 Carga vs Deformación Hexcel RTM6

A continuación se muestran los cálculos del % de desvío de deformación respecto unas de

otras. Se utilizó el mismo el equilibrado para las dos series de cada material, ya que se

ensayaron en el mismo momento.

AITM-1.010 M65 Banda 1 Banda 2 Banda 3 Banda 4

deformación (μm/m) -3055.58 -3014.59 -3128.77 -3081.77

DES (%) 2.34 3.65 0.00 1.50

Media (μm/m) -3070.18

Mínimo (μm/m) -3128.77

Tabla 27 Desviación de la deformación para M65

AITM-1.0010 651 Banda 1 Banda 2 Banda 3 Banda 4

deformación (μm/m) -2936.91682 -3000.391823 -2856.083482 -2755.875144

DES (%) 2.12 0.00 4.81 8.15

Media (μm/m) -2887.32

Mínimo (μm/m) -3000.391823

Tabla 28 Deformación de la deformación para 651

-120000

-100000

-80000

-60000

-40000

-20000

0

-8000 -6000 -4000 -2000 0

Car

ga (

N)

Deformación (μm/m)

EQUILIBRADO ÚTIL RTM6

BANDA 1

BANDA 2

BANDA 3

BANDA 4


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AITM-1.010 RTM6 Banda 1 Banda 2 Banda 3 Banda 4

deformación (μm/m) -3054.056 -2801.691 -2781.324 -2733.276

DES (%) 0.00 8.26 8.93 10.50

Media (μm/m) -2842.59

Mínimo (μm/m) -3054.056

Tabla 29 Desviación de la deformación para RTM6

Se ensayaron en la máquina de ensayos Zwick Z250 con el útil de ensayo de compresión

post-impacto en la cámara de temperatura. Durante el ensayo se registró la curva de carga

frente a deformación y se obtuvo la carga máxima. La velocidad de desplazamiento de la

cruceta fue de 0.5mm/min.

En el caso de ensayo de probetas acondicionadas, el tiempo transcurrido entre la cámara

de acondicionamiento y el ensayo fue inferior a 15 minutos para mantener el equilibrio

térmico según norma prEN-2823.

Tabla 30 Ensayo de compresión post impacto

Las áreas (VID) medidas de daño en cada probeta se muestran a continuación.


Julio 2009

77

Fig. 54 VID de la serie CAS-01-04-03-08

Probeta Área (mm2)

2 572

3 429

4 516

5 528

6 496

7 480

8 448

Tabla 31 Áreas VID de la serie CAS-01-04-03-08


Julio 2009

78


Probeta Área (mm2) 2 592 3 585 4 590 5 571 6 497 7 489 8 485



Julio 2009

79

Probeta Área (mm2) 2 900 3 506 4 880 5 728 6 636 7 697

8 1083

Tabla 33 áreas VID de la serie CAS-21-05-03-08



Julio 2009

80

Probetas Área (mm2) 2 840 3 965 4 625 5 780 6 704 7 550

8 820




Julio 2009

81

Probetas Áreas (mm2) 2 2600 3 1612 4 1426 5 2324 6 1770 7 1225

8 1344




Julio 2009

82

Probetas Área (mm2) 2 1296 3 1350 4 1326 5 1056 6 1508 7 1425

8 1440



Los resultados obtenidos de los ensayos se muestran a continuación.


Julio 2009

83

M65

Tabla 37 Resultados CAS-01-04-03-08


Gráfica 7 Comparación carga y resistencia CAI M65

Se puede observar una disminución significativa de las propiedades del laminado en la

serie acondicionada, CAS-02-04-03-08. Cabe destacar que debido al espesor, 2.07 mm

aproximadamente del laminado, el equilibrado del útil fue complicado provocando unas

condiciones difíciles de ensayo lo que dio como resultado un coeficiente de variación en una

de las series elevado.

99.99 2.09 2.1 13753.64 65.81100.04 2.08 2.1 16132.66 77.5399.99 2.1 2.1 13080.06 62.2999.98 2.11 2.1 11500.92 54.5299.98 2.07 2.1 12462.13 60.2299.97 2.08 2.1 12662.24 60.8999.93 2.12 2.1 13268.75 62.63

Media 13265.8 63.4DST 1450.1 7.1

CV(%) 10.9 11.2

CAI 120ºC/ARCAS-01-04-03-08

Ancho(mm)Espesor real(mm)

Espesor nominal(mm)

Carga última(N)

Resistencia a compresión(Mpa)

Probeta 2Probeta 3Probeta 4Probeta 5Probeta 6Probeta 7Probeta 8

Norma I+D-E-292

99.97 2.11 2.1 11279.19 53.4799.99 2.09 2.1 12230.45 58.52

100.01 2.08 2.1 10842.37 52.12100.02 2.08 2.1 11862.67 57.02100.01 2.12 2.1 10660.83 50.28100.03 2.09 2.1 13612.05 65.11100.03 2.11 2.1 11927.60 56.51

Media 11773.59 56.15DST 997.51 4.91

CV(%) 8.47 8.74

CAI WET 120ºCCAS-02-04-03-08


Espesor nominal(mm)

Carga última(N)



Norma I+D-E-292

13265.8 11773.59

0

5000

10000

15000

Carga [N]

Cárga máximaCAS-01-04-03-08

CAS-02-04-03-08

63.4 56.15

0

20

40

60

80

Resistencia [Mpa]

ResistenciaCAS-01-04-03-08

CAS-02-04-03-08


Julio 2009

84

HEXCEL 651/HTA



Gráfica 8 Comparación carga y resistencia CAI 651

Puede observarse un incremento en las propiedades. Vemos un aumento de las

propiedades debido a la menor área dañada por el impacto. Sin embargo un análisis más a

fondo de los resultados indica una probeta en la serie CAS-21-05-03-08 con resultado no

representativo debido presumiblemente a un efecto de pandeo o un daño mayor que las

demás probetas. Como el área dañada es de 1083 mm2, deducimos que el fallo prematuro fue

debido a una delaminación producida mayor que en la de las otras probetas de la serie. Si

eliminamos dicha probeta de los cálculos obtenemos para la serie una carga máxima de

46160.2 N y una resistencia de 129.4MPa con coeficientes de variación de 7.6 y 6.5%

respectivamente.

100.04 3.52 3.33 41352.62 117.43100.02 3.6 3.33 48783.3 135.48100.03 3.51 3.33 43092.99 122.74100.05 3.62 3.33 50762.75 140.16100.03 3.51 3.33 46569.62 132.64100.05 3.62 3.33 46399.96 128.11100.02 3.54 3.33 36906.17 104.23

Media 44838.2 125.8DST 4729.6 12.2

CV(%) 10.5 9.7


Probeta 2Probeta 3Probeta 4Probeta 5Probeta 6

Espesor nominal(mm)

Carga última(N)

Probeta 7Probeta 8

Norma I+D-E-292

CAI 120ºC/ARCAS-21-05-03-08


100.07 3.65 3.33 44659.23 122.27100.09 3.64 3.33 42779.82 117.42100.04 3.70 3.33 50609.98 136.73100.01 3.71 3.33 49934.42 134.58100.02 3.71 3.33 50098.17 135.01100.02 3.65 3.33 53044.05 145.30100.02 3.70 3.33 48503.07 131.06

Media 48518.39 131.77DST 3586.59 9.33

CV(%) 7.39 7.08

CAI WET 120ºCCAS-22-05-03-08


Espesor nominal(mm)

Carga última(N)



Norma I+D-E-292

44838.2 48518.39

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

Carga [N]


CAS-22-05-03-08

125.8 131.77

0

50

100

150

Resistencia [Mpa]


CAS-22-05-03-08


Julio 2009

85

RTM6



Gráfica 9 Comparación carga y resistencia CAI RTM6

En este caso también se observa un incremento de la carga y resistencia en la probeta

acondicionada. Observando los datos de área delaminada se observa que el daño producido en

las probetas de la serie CAS-51-06-03-08 es mayor que en la serie hermana, acondicionada,

provocando un fallo a menor nivel en la primera serie, a pesar del acondicionamiento de la

otra serie de probetas.

99.7 3.33 3.33 33958.23 102.28100.07 3.29 3.33 38589.64 117.21100.05 3.32 3.33 38172.7 114.92100.06 3.28 3.33 33704.38 102.7099.96 3.32 3.33 31480.1 94.8699.96 3.32 3.33 38775.84 116.84100.89 3.27 3.33 37943.06 115.01

Media 36089.1 109.1DST 2964.2 9.0

CV(%) 8.2 8.2

CAI 120ºC/ARCAS-51-06-03-08


Espesor nominal(mm)

Carga última(N)



Norma I+D-E-292

100.90 3.32 3.33 38222.42 114.1099.99 3.27 3.33 38226.40 116.91

100.02 3.270 3.33 37009.36 113.16100.08 3.330 3.33 42293.32 126.91100.04 3.250 3.33 38365.92 118.00100.03 3.280 3.33 39646.91 120.84100.03 3.310 3.33 40500.13 122.32

Media 39180.64 118.89DST 1772.67 4.84

CV(%) 4.52 4.07

Espesor real(mm)

Espesor nominal(mm)

Carga última(N)


Probeta 2Probeta 3Probeta 4Probeta 5

CAI WET 120ºCCAS-52-06-03-08

Ancho(mm)

Probeta 6Probeta 7Probeta 8

Norma I+D-E-292

36089.1 39180.64

0

10000

20000

30000

40000

50000

Carga [N]


CAS-52-06-03-08

109.1 118.89

0

50

100

150

Resistencia [Mpa]


CAS-52-06-03-08


Julio 2009

86

9.6.2. ENSAYO DE COMPRESIÓN

Con el fin de obtener un correcto análisis de los resultados, se hizo necesario conocer las

propiedades mecánicas reales de los laminados ensayados a compresión mediante el ensayo

de compresión post impacto. Estas propiedades, módulo y resistencia a compresión, se

obtuvieron de probetas obtenidas de los mismos paneles que las series de CAI.


M65 CAS-03-04-03-08 CAS-04-04-03-08

HEXCEL 651 CAS-23-04-03-08 CAS-24-04-03-08

RTM6 CAS-53-04-03-08 CAS-54-04-03-08

Tabla 43 Series de ensayos de compresión

Para la realización del ensayos se utilizó la norma I+D-E-51, según especificó la ficha

técnica. Esta norma especificaba dos tipos de probetas, como se vio en el epígrafe 7, para

cálculo de resistencia y cálculo de compresión. En la ficha técnica no se establecía cuantas

probetas eran necesarias para obtener resultados admisibles, de tal forma que se decidió

realizar seis probetas para el cálculo de la resistencia y otras seis para la obtención del módulo

teniendo 12 probetas en total por serie.

Los equipos utilizados para la realización de los ensayos han sido:



• Extensómetro de 25mm.

• Útil de ensayo de compresión según norma I+D-E 51 y platos de compresión.

a) b)

Fig. 60 Útil de compresión; a) resistencia; b) módulo


Julio 2009

87

Como se observa en la figura anterior se utilizó un útil diferente para el cálculo de cada

una de las propiedades. La guía para evitar el pandeo es diferente para cada ensayo, de tal

forma que la guía para el cálculo del módulo es más estrecha para poder agarrar el

extensómetro a los laterales de la probeta. El apriete de la guía se hizo de forma manual y con

el mínimo par posible, para evitar que el rozamiento influyera en el ensayo.

La colocación del útil con la probeta colocada en su interior en la máquina de ensayo fue

un factor muy importante a la hora de realizar el ensayo. Para conseguir un correcto

alineamiento de la probeta se utilizaron sendos platos de compresión para apoyar el útil tanto

en su base como en la zona de aplicación de carga. La colocación en los platos se hizo con

extremo cuidado, cuidando de alinear el vástago de aplicación de la carga, con la probeta

colocada en el útil. Se marcó dicha posición para la realización de cada una de las series

programadas.

Fig. 61 Alineado del útil de compresión. Detalle platos de compresión

Se ensayaron las seis series a 120ºC tanto acondicionadas como sin acondicionar (ver

tablas 10, 11 y 12). Para el cálculo del módulo se utilizó un extensómetro de 25mm. Para el

cálculo de la resistencia se utilizaron en cada serie 6 probetas con tacones del material a

ensayar, mientras que para el cálculo del módulo otras seis, pero sin tacones y la deformación

se midió mediante el extensómetro. Durante el ensayo se registró la curva de carga frente a

deformación y se obtuvo la carga, resistencia máxima y el módulo. Para el cálculo del módulo

se tomó un intervalo entre la carga máxima al 10 y el 50%. La velocidad de desplazamiento de

las mordazas fue de 0.75mm/min. Los resultados se muestran a continuación.

M65

Tabla 44 Resultados CAS-03-04-03-08 Resistencia

12.450 2.07 2.070 9172.35 355.9112.470 2.06 2.070 9579.47 372.9112.480 2.07 2.070 9694.24 375.2612.460 2.07 2.070 9026.18 349.9612.550 2.04 2.070 8797.61 343.6312.560 2.04 2.070 10928.34 426.52

Media 9533.0 370.7DST 762.0 30.1

CV(%) 8.0 8.1

Probeta 5Probeta 6

I+D-E-51



Espesor nominal(mm)

Carga última(N)

Resistencia a la com. (Mpa)

CAS-03-04-03-08Compresión AR 120ºC

Resistencia


Julio 2009

88

Tabla 45 Resultados CAS-03-04-03-08 módulo

Tabla 46 Resultados CAS-04-04-03-08 Resistencia

Tabla 47 Resultados CAS-04-04-03-08 Módulo

Gráfica 10 Comparación resistencia y módulo para compresión M65

12.56 2.19 2.1 8535.68 20.1112.56 2.19 2.1 7927.46 21.9912.55 2.19 2.1 8527.83 21.5512.55 2.19 2.1 7494.84 21.2012.55 2.19 2.1 8498.4 21.4812.56 2.18 2.1 8440.52 22.09

Media 8237.5 21.4DST 431.3 0.7

CV(%) 5.2 3.3

Compresión AR 120ºC MóduloCAS-03-04-03-08

Ancho(mm)

Probeta 7

Espesor real(mm)

Espesor nominal(mm)

Carga última(N)

Módulo (Gpa)

Probeta 8Probeta 9


I+D-E-51

12.4 2.23 2.1 9283.2 335.7212.39 2.25 2.1 9025.2 323.7412.38 2.2 2.1 8477.8 311.2712.37 2.16 2.1 8498.4 318.0612.37 2.17 2.1 8243.34 307.1012.38 2.17 2.1 7386.93 274.97

Media 8485.81 311.81DST 662.32 20.65

CV(%) 7.81 6.62


I+D-E-51

Probeta 3

Compresión WET 120ºC Resistencia Ancho(mm)

Espesor real(mm)

CAS-04-06-03-08

Probeta 1Probeta 2

Espesor nominal(mm)

Carga última(N)


12.50 2.05 2.070 7564.49 20.5012.54 2.09 2.070 7889.20 19.8812.52 2,10 2.070 7706.74 22.1512.55 2.1 2.070 7489.94 23.2112.55 2.1 2.070 7718.51 21.0412.53 2.09 2.070 7940.21 22.07

Media 7718.18 21.48DST 175.72 1.22

CV(%) 2.28 5.70

Carga última(N)

Módulo (Gpa)

Probeta 12

I+D-E-51


Espesor real(mm)

Probeta 10Probeta 11

Compresión WET 120ºC MóduloCAS-04-06-03-08

Ancho(mm)Espesor

nominal(mm)

370.7311.8

0

100

200

300

400

Resistencia [Mpa]


CAS-04-04-03-08

21.4 21.48

0

5

10

15

20

25

Módulo [Gpa]

MóduloCAS-03-04-03-08

CAS-04-04-03-08


Julio 2009

89

HEXCEL 651/HTA

Tabla 48 Resultados CAS-23-05-03-08 resistencia




12.56 3.3 3.33 22092.12 533.0112.51 3.3 3.33 20424.42 494.7412.54 3.32 3.33 20728.53 497.8912.55 3.32 3.33 21582 517.9812.53 3.32 3.33 19973.16 480.1312.56 3.32 3.33 22513.95 539.91

Media 21219.0 510.6DST 999.5 23.5

CV(%) 4.7 4.6


Resistencia Ancho(mm)Espesor real(mm)

Espesor nominal(mm)

Carga última(N)

Resistencia a la tracción (Mpa)

Probeta 1Probeta 2Probeta 3Probeta 4Probeta 5Probeta 6

I+D-E-51

12.58 3.33 3.33 22376.61 60.8712.57 3.33 3.33 20885.49 55.0912.58 3.33 3.33 23416.47 55.112.58 3.33 3.33 21513.33 55.1612.6 3.34 3.33 21611.43 58.8812.59 3.34 3.33 21572.19 55.33

Media 21895.9 56.7DST 882.7 2.5

CV(%) 4.0 4.4



Espesor nominal(mm)

Carga última(N)Módulo (Gpa)


I+D-E-51

12.50 3.51 3.33 21356.37 486.7512.51 3.24 3.33 19678.86 485.5112.44 3.21 3.33 19884.87 497.9612.57 3.22 3.33 17844.39 440.8712.54 3.22 3.33 19551.33 484.2012.56 3.23 3.33 20679.48 509.74

Media 19832.55 484.17DST 1191.43 23.36

CV(%) 6.01 4.82

Espesor nominal(mm)

Carga última(N)




Espesor real(mm)

CAS-24-05-03-08


I+D-E-51

12.540 3.23 3.330 20444.04 59.1712.570 3.31 3.330 21738.96 57.8012.550 3.30 3.330 22347.18 56.6112.560 3.31 3.330 20277.27 54.4412.560 3.31 3.330 21199.41 56.4112.540 3.3 3.330 19718.10 54.60

Media 20954.16 56.50DST 986.19 1.83

CV(%) 4.71 3.23

Probeta 11Probeta 12

I+D-E-51


Probeta 10



Espesor nominal(mm)

Carga última(N)Módulo (Gpa)


Julio 2009

90

Gráfica 11 Comparación resistencia y módulo CAI 651

RTM6



510.6 484.17

0

200

400

600

Resistencia [Mpa]


CAS-24-05-03-08

56.7 56.5

0

20

40

60

Módulo [Gpa]


CAS-24-05-03-08

12.44 3.34 3.33 20287.08 488.2612.5 3.36 3.33 24623.1 586.2612.47 3.36 3.33 22494.33 536.8712.49 3.36 3.33 21552.57 513.5712.48 3.38 3.33 21935.16 520.0112.49 3.31 3.33 21081.69 509.94

Media 21995.7 525.8DST 1490.4 33.5

CV(%) 6.8 6.4

Carga última(N)



Resistencia Ancho(mm)Espesor real(mm)

Espesor nominal(mm)


I+D-E-51

12.56 3.22 3.33 15627.33 59.8012.57 3.24 3.33 18688.05 59.8112.58 3.24 3.33 18864.63 60.9812.58 3.25 3.33 17962.11 59.6412.59 3.25 3.33 15489.99 59.4412.56 3.23 3.33 18030.78 59.47

Media 17443.8 59.9DST 1503.1 0.6

CV(%) 8.6 1.0


I+D-E-51



Espesor nominal(mm)

Carga última(N)

Módulo (Gpa)

Probeta 7Probeta 8


Julio 2009

91



Gráfica 12 Comparación resistencia y módulo CAI RTM6

Se puede observar una disminución de resistencia en las probetas acondicionadas. Sin

embargo se obtienen valores muy similares para el módulo. En los ensayos a compresión son

muchos los factores que pueden llegar a influir en los resultados del ensayo. El más importante

es sin duda el efecto del pandeo, contrarrestado por el útil empleado. Sin embargo otros

parámetros como el alineado de la probeta en los platos de compresión también influyen en el

ensayo. Realizar esta operación resultó difícil, provocando una dispersión de resultados por

encima del 5% en alguna de las series. Para comprobar que el fallo fue debido a un estado de

12.590 3.24 3.330 18648.81 457.1712.570 3.20 3.330 18099.45 449.9712.520 3.15 3.330 14538.42 368.6412.550 3.19 3.330 18952.92 473.4112.510 3.15 3.330 17834.58 452.5812.520 3.19 3.330 19178.55 480.20

Media 17875.46 447.00DST 1711.42 40.21

CV(%) 9.57 9.00


Espesor real(mm)

CAS-54-06-03-08Espesor

nominal(mm)Carga

última(N)Resistencia a la

com. (Mpa)Probeta 1Probeta 2Probeta 3Probeta 4Probeta 5Probeta 6

I+D-E-51

12.540 3.36 3.330 23828.00 55.9912.550 3.61 3.330 19914.30 52.5112.550 3.61 3.330 19737.72 52.9312.540 3.63 3.330 19139.31 56.8612.560 3.62 3.330 17236.17 50.8812.540 3.61 3.330 19963.35 52.61

Media 19969.81 53.63DST 2149.66 2.30

CV(%) 10.76 4.28I+D-E-51

Probeta 9



Módulo (Gpa)

Probeta 7

Espesor nominal(mm)

Carga última(N)

Probeta 8


525.8447.0

0

200

400

600

Resistencia [Mpa]


CAS-54-06-03-08

59.9 53.63

0

20

40

60

80

Módulo [Gpa]


CAS-54-06-03-08


Julio 2009

92

compresión se comprobó la rotura de la probeta, señal importante de correcto alineamiento y

nula influencia del pandeo.

Fig. 62 Fractura a compresión

9.6.3. ENSAYO DE TRACCIÓN POST IMPACTO

Con el fin de comprobar la respuesta a tracción del laminado después de sufrir un

impacto, provocando delaminación, se realizó el ensayo de tracción post impacto. Dicho

ensayo no posee norma bajo la cual realizar el ensayo. Por lo tanto se tomó como única

referencia la ficha técnica suministrada por EADS CASA.

Los equipos que se han utilizado en la realización del ensayo son:

• Máquina universal de ensayos Zwick Z250.

• Cámara de temperatura Zwick.

• Reloj comparador.

• Útil de impacto (Fig.31).

• Equipo de ultrasonido.

Para obtener la energía de impacto necesaria para realizar una indentación del orden del

espesor se utilizaron 4 probetas de TAI de Hexcel 651. Las probetas se impactaron con una

masa de 4,5Kg del útil de impacto a distintas velocidades y alturas función de la energía de

impacto elegida. Posteriormente dentro de la media hora siguiente se midió la profundidad de

la huella con un reloj comparador. Para ello se midió la profundidad del impacto en la zona

más profunda y en cuatro puntos situados a menos de 20mm del impacto. El área dañada se

limitó con ultrasonidos.


Julio 2009

93

Fig. 63 Probeta de tracción post impacto

La energía de impacto necesaria para obtener una indentación del orden del espesor de la

probeta, es la misma que la obtenida para las probetas de compresión post-impacto para el

material Hexcel 651.

Una vez que se obtuvo la energía de impacto se procedió a ensayar las dos series de 6

probetas TAI de cada material, una serie sin acondicionar y otra acondicionada, a una

temperatura de 140ºC. Se impactaron las probetas de la serie acondicionada antes del

acondicionamiento.

Según ficha técnica, se recomendaba realizar unos tacones de composite de fibra de

carbono según el siguiente esquema y orden de apilado.

ORDEN DE APILADO (903/0/903/45/902/45/0)$

Fig. 64 Esquema de tacón de refuerzo en la probeta TAI

El objetivo de dicho tacón es el de obtener una correcta alineación de la probeta, debido a

su gran tamaño y evitar una rotura de ésta durante el ensayo en el laminado por debajo de los

tacones.

Para realizar dicho refuerzo se precisaba un proceso de curado en autoclave. Con el fin de

probar otras alternativas y con la esperanza de que el impacto lograra realizar un concentrador

de tensiones lo suficientemente importante como para contrarrestar los efectos del tamaño

de la probeta, se mecanizó unos tacones de fibra de vidrio de 100x100 milímetros y se ensayó


Julio 2009

94

una probeta. Como resultado la probeta rompió a tracción, propagándose la grieta a partir de

la indentación realizada por el útil de impacto. Luego se decidió no colocar los refuerzos y

ensayar con tacones de fibra de vidrio de espesor mayor de 1 milímetro.

Destacar que durante el proceso de montaje de probetas, en concreto durante el pegado

de tacones, se observó las presencia de grandes áreas con presencia de porosidad. Muchas de

esas zonas quedaron debajo de los tacones aunque otras se vieron afectadas por los impactos,

ampliando la zona delaminada como se verá a continuación. Las causas de esa porosidad son

debidas al proceso de fabricación del panel, en este caso, mediante RTM.

Antes del ensayo se limitó la zona delaminada debido al impacto mediante ultrasonidos.

Las áreas VID, se muestran a continuación.

Fig. 65 Inspección por ultrasonidos


Julio 2009

95

Fig. 66 Áreas VID de la serie CAS-25-05-03-08

Se puede observar zonas definidas por ultrasonido delaminada como consecuencia de la

existencia de porosidad, que facilitó la propagación de la delaminación.

Fig. 67 VID para la serie CAS-26-05-03-08


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Probetas Áreas (mm2)

CAS-25-05-03-08

Áreas (mm2)

CAS-26-05-03-08

1 1560 1456

2 3400 1523

3 1680 1966

4 1500 1467

5 2800 1932

6 1450 1413

Tabla 56 Áreas VID de probetas de tracción post impacto

Una vez hecho esto, se ensayaron en la máquina de ensayos Zwick Z250 dentro de la

cámara de temperatura aplicando la carga según la dirección de 90° del laminado. Durante el

ensayo se registró la curva de carga frente a deformación y se obtuvo la carga máxima. La

velocidad de desplazamiento fue de 2 mm/min. En el caso de ensayo de probetas

acondicionadas, el tiempo transcurrido entre el horno de acondicionamiento y el de ensayo

fue inferior a 15 minutos para mantener el equilibrio térmico según norma prEN 2823.

Los resultados se muestran a continuación.



100.01 3.2 3.33 137854.90 430.75100.01 3.21 3.33 148291.86 461.92100.01 3.31 3.33 141965.86 428.8699.96 3.20 3.33 136456.22 426.60

100.02 3.30 3.33 139059.34 421.3199.94 3.24 3.33 142493.44 440.06

Media 141020.27 434.92DST 4257.60 14.59

CV(%) 3.02 3.35

TAI WET 140ºCCAS-25-05-03-08


Espesor nominal(mm)

Carga última(N)

Resistencia a tracción (Mpa)


Norma I+D-E-292

100.01 3.31 3.330 140276.53 423.75100.02 3.31 3.330 142025.86 429.00100.10 3.260 3.330 143563.34 439.94100.07 3.240 3.330 138009.50 425.66100.06 3.260 3.330 140459.58 430.60100.10 3.232 3.330 137124.81 423.85

Media 140243.27 428.80DST 2406.78 6.12

CV(%) 1.72 1.43Norma I+D-E-292


TAI WET 140ºCCAS-26-05-03-08


Espesor nominal(mm)

Carga última(N)

Resistencia a tracción(Mpa)


Julio 2009

97

Gráfica 13 Comparación resistencia en probetas TAI

Se observa una disminución del 0.55%, apenas apreciable considerándose constante.

En principio la presencia de porosidad no influyó en las propiedades del laminado. Esto

indujo a pensar que la presencia de esta se daba exclusivamente en las zonas exteriores del

laminado, debido a algún problema de llenado del molde durante el proceso de RTM. Esta

hipótesis cobró mayor importancia al observar que la fractura del material evidenciaba la

existencia de un defecto en la cantidad de resina del laminado, provocando la aparición de

porosidad debido a la inyección de menos cantidad de resina de la esperada y requerida a la

hora de la fabricación del panel.

Fig. 68 Área delaminada por porosidad. Defecto de resina en el laminado

Fig. 69 Ensayo tracción post impacto

141020.27

140243.27

139500

140000

140500

141000

141500

Resistencia [Mpa]


CAS-26-05-03-08

Delaminación debido

a porosidad


Julio 2009

98

9.6.4. ENSAYO DE TRACCIÓN

Con el fin de comprobar las propiedades a tracción de los distintos materiales y dentro de

éstos con sus diferentes espesores, se realizaron sendos ensayos de tracción según el siguiente

esquema. Para la realización del ensayo se siguió la norma EFA-CFC TP-006ª.

MATERIAL DESIGNACIÓN ESPESOR [mm] ESTADO TEMPERATURA [°C]

M65 CAS-07-04-03-08

2.888 AR 150

CAS-08-04-03-08 WET 150

HEXCEL 651 CAS-27-04-03-08

3.33 AR 140

CAS-28-04-03-08 WET 140

RTM6 CAS-61-04-03-08

3.7 AR 150

CAS-62-04-03-08 WET 150

Tabla 59 Plan de ensayos probetas a tracción

Los equipos utilizados para la realización de los ensayos fueron:



• Extensómetro 2630-112 de 50mm.

Se realizaron cuatro series de ensayos de probetas a 150ºC y dos series a 140ºC (ver tabla

59). Durante el ensayo se registró la curva de carga frente a deformación y se obtuvo la carga

máxima y el módulo elástico. Para el cálculo del módulo se tomó un intervalo de carga máxima

al 10 y 50%. Para el cálculo de la deformación se utilizó un extensómetro de 50mm, ya que la

rotura de las probetas no era explosiva, al tener tejido en ellas.

Fig. 70 Ensayo de tracción


Julio 2009

99

En la norma no se especifica una velocidad de desplazamiento de las mordazas, pero si un

intervalo de tiempo que debe determinar los límites de duración del ensayo. La carga de

tensión fue aplicada a una velocidad constante para alcanzar el fallo entre 60-90 segundos

después de haber comenzado el ensayo. Para estimar la velocidad de ensayo se consultó la

base de datos del LERM, donde se buscaron ensayos de tracción en laminados parecidos al del

proyecto. Se estimó que para una probeta de tracción de las dimensiones especificadas en la

norma, con un laminado multidireccional de 12 láminas, el fallo se alcanzaba

aproximadamente a 6000Kg. Para nuestro caso, extrapolando viendo los desplazamientos,

obtuvimos velocidades entre 1 y 1.2 mm/min, siendo esta última la velocidad utilizada.

Durante el ensayo se tuvo problemas con algunas probetas en los tacones, ya que debido

a las elevadas temperaturas, 140 y 150°C, se degradaban, dejando la última capa del tacón

únicamente o resbalando sobre el adhesivo que lo pegaba sobre el espécimen. Se tuvo que

repetir el ensayo de esas probetas eliminando el par degradado, agarrando la mordaza

directamente sobre esa última capa o lijando la probeta eliminando el adhesivo residual

colocando la mordaza en contacto directo con la probeta. Esto produjo una dispersión

importante en la serie CAS-08-04-03-08, probeta 1, y CAS-63-05-03-08 en la probeta 2 ya que

afectaron al resultado final, sobre todo en lo que se refiere a carga última.

Fig. 71 Posición del extensómetro en ensayo de tracción

Como ya se ha mencionado, el cálculo del módulo se calculó entre el 10 y 50% de

deformación. Esto se realizó así para evitar la zona final del ensayo donde las fracturas podían

afectar a la medición del extensómetro, ya que el agarre de este depende de la superficie de la

probeta. El extensómetro se colocó en la zona central de la probeta, de forma que la apertura

de los brazos fuera lo más ajustada posible a la posición de calibrado del extensómetro,

evitando posibles salidas, aunque poco probables, del rango de medición. Los resultados

obtenidos se muestran a continuación.


Julio 2009

100

M65



Gráfica 14 Comparación resistencia y módulo M65 tracción

Se puede observar una disminución de la resistencia máxima en un 5% en la probeta

acondicionada y una continuidad en el módulo. Sin embargo hay que destacar que los

resultados pueden ser ficticios a pesar de la lógica de éstos, ya que las series se vieron

afectadas por la degradación o el despegue de los tacones por la alta temperatura de ensayo,

150°C. Además, en algunas probetas se produjo la rotura fuera del área de medición del

extensómetro

36.06 2.99 3.01 53827.47 499.2373358 32.92 1.5136.03 2.87 3.01 48932.28 473.2049657 40.24 1.17

Media 51379.9 486.2 36.6 13.6DST 3461.4 18.4 5.2 1.6

CV(%) 6.7 3.8 14.1 11.9

Módulo [Gpa]Deformación a rotura

[%]Probeta 1Probeta 2

EFA-CFC-PP-006A-d

Tracción AR 150ºCCAS-07-04-03-08


Espesor nominal(mm)

Carga última(N)


36.050 2.96 3.010 46823.13 438.80 39.49 12.4636.050 3 3.010 52463.88 485.10 34.51 14.75

Media 49643.51 461.95 37.00 13.61DST 3988.61 32.74 3.52 1.62

CV(%) 8.03 7.09 9.52 11.90EFA-CFC-PP-006A-d

Carga última(N)



[µm/mm]Probeta 1Probeta 2

Tracción WET 150ºCCAS-08-04-03-08


Espesor nominal(mm)

486.2 461.95

0

200

400

600

Resistencia [Mpa]


CAS-08-04-03-08

36.6 37.0

0

10

20

30

40

Módulo [Gpa]


CAS-08-04-03-08


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101

HEXCEL 651



Gráfica 15 Comparación resistencia y módulo de 651 tracción

Se observa, siguiendo la tendencia generalizada, una disminución de propiedades. En

concreto un 1% en la resistencia y un 3.5% en el módulo. Dichos resultados no son

significativos debido al bajo porcentaje de disminución en ambas propiedades, pudiendo

entrar dentro de la dispersión estadística la explicación a dicha variación. Se puede ver que se

ha eliminado la probeta 5 de la serie CAS-28-04-03-08 del cálculo de las propiedades y

parámetros estadísticos debido a que el valor calculado de módulo, no era significativo en gran

medida. Dicho valor de módulo fue 76.70Gpa y 5.78 μm/mm de deformación. Dicho resultado

fue consecuencia de la degradación del tacón.

36.02 3.25 3.33 63205.83 539.92 53.92 11.3236.01 3.25 3.33 64333.98 549.71 52.78 1236.01 3.42 3.33 70180.74 569.86 52.53 10.9936.01 3.45 3.33 70259.22 565.54 53.32 11.1736.02 3.54 3.33 72132.93 565.70 50.78 11.2336.02 3.49 3.33 74899.35 595.81 51.8 11.61

Media 69168.7 564.4 52.5 11.4DST 4533.7 19.2 1.1 0.4

CV(%) 6.6 3.4 2.1 3.2



Espesor nominal(mm)

Carga última(N)



[%]Probeta 1Probeta 2Probeta 3Probeta 4Probeta 5Probeta 6

EFA-CFC-PP-006A-d

36.000 3.27 3.330 60782.76 516.33 45.68 8.6635.980 3.27 3.330 68101.02 578.82 51.48 8.2535.960 3.2 3.330 66237.12 575.61 51.69 7.7935.910 3.17 3.330 63235.26 555.50 49.05 8.5835.910 3.17 3.330 63784.62 560.3336.030 3.17 3.330 65550.42 573.92 55.78 7.84

Media 64615.20 560.09 50.74 8.22DST 2566.63 23.32 3.72 0.40

CV(%) 3.97 4.16 7.33 4.91



Espesor nominal(mm)

Carga última(N)



[µm/mm]Probeta 1Probeta 2Probeta 3Probeta 4Probeta 5Probeta 6

EFA-CFC-PP-006A-d

564.4 560.09

0

200

400

600

Resistencia [Mpa]


CAS-28-04-03-08

52.5 50.7

0

20

40

60

Módulo [Gpa]


CAS-28-04-03-08


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102

RTM6



Gráfica 16 Comparación resistencia y módulo RTM6 tracción

Aquí, en contradicción con las tendencias anteriores, se produce un incremento en las

propiedades. Sin embargo dicho incremento no es definitivo en el caso de la resistencia ya que

una diferencia del 2% no es significativa. No es así para el módulo donde la diferencia sube

hasta un 15%. Este valor no es real, ya que la probeta 1 de la serie sin acondicionar, dio un

valor muy por debajo del esperado, siendo no representativo.

36.08 3.8 3.7 70926.3 517.86 37.671 14.0536.09 3.4 3.7 60674.85 494.47 42.484 14.6

Media 65800.6 506.2 40.1 12.7DST 7248.9 16.5 3.4 0.4

CV(%) 11.0 3.3 8.5 3.1



Espesor nominal(mm)

Carga última(N)




EFA-CFC-PP-006A-d

36.040 3.8 3.700 71446.23 521.83 48.42 12.6636.100 3.8 3.700 70053.21 511.07 45.69 12.83

Media 70749.72 516.45 47.06 12.75DST 985.01 7.61 1.93 0.12

CV(%) 1.39 1.47 4.11 0.94



Espesor nominal(mm)

Carga última(N)




EFA-CFC-PP-006A-d

506.2 516.45

0

200

400

600

Resistencia [Mpa]


CAS-64-05-03-08

40.147.1

0

10

20

30

40

50

Módulo [Gpa]


CAS-64-05-03-08


Julio 2009

103

9.6.5. ENSAYOS DE APLASTAMIENTO DE TALADROS REALIZADOS SOBRE LAMINADOS DE

MATERIAL COMPUESTO EN UNIONES REMACHADAS O BEARING TEST

Con este procedimiento comenzaron los ensayos de riveted joint test. Con ellos se

calculan los valores admisibles de los posibles fallos que se pueden llegar a dar en estructuras

de material compuesto de fibra de carbono remachadas. La norma que se siguió en este caso

es la I+D-E-325. En este caso se estudia el mecanismo de fallo por aplastamiento.

El fallo por aplastamiento se produce en la zona de compresión de la chapa por el avance

del remache. Este tipo de fallo se produce cuando las distancias entre remaches y las

distancias de los taladros a los bordes de la placa son grandes en comparación con el diámetro

del taladro. Por ello la probeta de bearing tiene unas dimensiones bastante elevadas, para

poder modelar la situación requerida.

Fig. 72 Esquema de fallo por aplastamiento




• Dos extensómetros INSTRON 2630-112 de 25mm.

• Termopares.

• Útiles antipandeo

Los extensómetros se utilizaron para medir la deformación sufrida por el taladro durante

la aplicación de la carga. Se colocaron a ambos lados de la probeta como se indica en la figura.

Para el posicionamiento de los extensómetros se utilizaron cuatro chapas de aluminio

encoladas en la probeta con adhesivo Z70 de HBM. En todo momento la longitud controlada

por el extensómetro fue de 25mm (Lo).

Una vez sobrepasado ligeramente el valor de desplazamiento estimado para el límite de

proporcionalidad de la relación carga-deformación, 0.06•Φtaladro según norma, se descargó la

probeta hasta un valor comprendido entre el 10 y 20% del límite de carga en ese punto

anterior indicado, aplicándosele de nuevo carga hasta la disminución significativa de la carga.

Se aplicó una velocidad de desplazamiento de 1mm/min en la dirección de 90°.


Julio 2009

104

Durante el ensayo se registró la curva de carga frente a deformación, obteniéndose la

carga máxima, resistencia máxima, carga de aplastamiento y resistencia de aplastamiento. Se

realizaron cuatro series de ensayos a 150ºC con probetas acondicionadas y sin acondicionar

como se indica en la tabla.

MATERIAL SIN ACONDICIONADAR ACONDICIONADAS

M65 CAS-05-04-03-08 CAS-06-04-03-08

RTM6 CAS-55-04-03-08 CAS-56-04-03-08

Tabla 66 Series de probetas a ensayar para bearing

Durante el ensayo se utilizaron dos útiles de aluminio para evitar la flexión secundaria de

la probeta, como se puede observar en la figura 26.

Fig. 73 Ensayo de bearing y montaje del extensómetro

El cálculo de la resistencia y la resistencia de bearing, fue calculada de acuerdo con la norma.

Luego se consideró la carga transmitida por el remache, siendo el ancho de cálculo el diámetro

del remache.

!"#$%�&'$("#) �*��+�!"#$%�&'$("#)

, -

donde t: espesor de la probeta; Φ: diámetro del remache. Los resultados son:


Julio 2009

105

M65



Gráfica 17 Comparación resistencia final y de bearing M65

Se produce una disminución de ambas propiedades en la serie acondicionada, un 0.54%

en la resistencia de bearing, que se considera constante y un 10.17% en la resistencia final.

38.30 2.73 5.06 8535.05 617.86 5273.31 381.7438.34 2.76 5.06 7921.81 567.24 5202.82 372.5538.3 2.75 5.06 8529.72 612.99 5391.45 387.4638.35 2.75 5.06 8189.56 588.54 5710.35 410.3738.42 2.75 5.06 8431.73 605.95 5452.95 391.8838.35 2.78 5.06 8098.32 575.70 5497.57 390.8238.39 2.75 5.06 8568.7 615.79 5639.81 405.30

Media carga 8325.0 Media carga aplas. 5452.6DST 254.7 DST 183.4

CV(%) 3.1 CV(%) 3.4Media Res. 594.7 Media Res. Aplas. 389.1

DST 20.7 DST 12.6CV(%) 3.5 CV(%) 3.3

Probeta 7

I+D-E-325


Bearing AR 150ºCCAS-05-04-03-08


Diámetro taladro(mm)

Carga última(N)

Resistencia máxima(Mpa)

Carga de aplastamiento [N]

Resistencia al aplastamiento [Mpa]

38.43 2.88 5.06 8047.14 552.20 5404.33 370.8538.44 2.88 5.06 7402.63 507.98 5822.23 399.5338.41 2.89 5.06 7979.45 545.66 5735.91 392.2438.43 2.89 5.06 7774.43 531.64 5383.73 368.1638.44 2.89 5.06 8098.15 553.78 5344.49 365.4838.4 2.89 5.06 7414.4 507.02 5360.18 366.5538.43 2.89 5.06 7912.75 541.10 6521.69 445.98



DST 19.7 DST 29.3CV(%) 3.7 CV(%) 7.6

Probeta 6Probeta 7

I+D-E-325



Bearing WET 150ºCCAS-06-04-03-08



Carga última(N)



389.1 387

0

100

200

300

400

500

Resistencia de bearing [Mpa]

Resistencia de bearingCAS-05-04-03-08

CAS-06-04-03-08

594.7 534.2

0

200

400

600

800

Resistencia [Mpa]


CAS-06-04-03-08


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RTM6


Gráfica 18 Comparación resistencia final y de bearing RTM6

38.45 3.78 5.06 8118.88 424.48 5552.34 290.2938.31 3.72 5.06 8366.02 444.45 5365.40 285.0438.3 3.67 5.06 7505.62 404.18 5352.19 288.2138.48 3.69 5.06 7748.07 414.97 5371.43 287.6838.3 3.65 5.06 7978.01 431.97 5476.46 296.5238.29 3.65 5.06 7869.53 426.09 5240.45 283.7438.45 3.71 5.06 7971.85 424.65 5488.46 292.37



DST 12.7 DST 4.4CV(%) 3.0 CV(%) 1.5

Probeta 7

I+D-E-325


Bearing AR 150ºCCAS-55-04-03-08



Carga última(N)




289.1

0

100

200

300

400

Resistencia de bearing [Mpa]

Resistencia de bearing CAS-55-04-03-08

424.4

0

100

200

300

400

500

Resistencia [Mpa]

Resistencia CAS-55-04-03-08


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107

9.6.6. ENSAYO DE TRACCIÓN SOBRE LAMINADOS DE FIBRA DE CARBONO CON REMACHE

INSTALADO, TENSION BY PASS

Como se indicó en el epígrafe 7, este ensaño determina el admisible cuando la distancia

entre remaches y/o la distancia al borde lateral de la pieza es pequeña en comparación con el

taladro del remache. En el este ensayo, el remache no transfiere carga alguna, de hecho no

existe unión, ya que la probeta es continua salvo el taladro y el remache instalado. Mediante

este ensayo se evalúa la influencia en la carga de fallo por tracción en la sección neta (w-d) de

la presencia del taladro y el propio remache. Para la realización del ensayo se siguió la norma

I+D-E-326.

Fig. 74 Esquema de fallo por tracción





carga y resistencia máxima. La velocidad de desplazamiento del carro de aplicación de carga

fue a un valor constante de 1 mm/min en la dirección de 90°. Se realizaron dos series de

probetas, unas acondicionadas y otras sin acondicionar a 150ºC (tabla 24).


HEXCEL 651 CAS-29-04-03-08 CAS-30-04-03-08

Tabla 70 Series de ensayos para tension by pass


Julio 2009

108

Fig. 75 Ensayo tension by pass

Los resultados se ofrecen a continuación para Hexcel 651/HTA.



19.31 3.57 5.06 25702.20 505.2319.22 3.49 5.06 21209.22 429.1819.24 3.51 5.06 24358.23 489.4019.3 3.5 5.06 24995.88 501.52

19.23 3.5 5.06 23426.28 472.3519.22 3.52 5.06 24505.38 491.65

Media carga 24032.9DST 1573.8

CV(%) 6.5Media Res. 481.6

DST 28.1CV(%) 5.8

I+D-E-326A


Tension by pass AR 150ºCCAS-29-04-03-08



Carga última(N)

Resistencia máxima (Mpa)

19.28 3.49 5.06 21287.70 428.9519.27 3.50 5.06 21719.34 436.7019.25 3.50 5.06 21356.37 430.0119.10 3.50 5.06 20169.36 410.4519.27 3.49 5.06 20718.72 417.7819.27 3.48 5.06 22445.28 453.8919.28 3.50 5.06 20895.30 419.84


CV(%) 3.5Media Res. 428.23

DST 14.3CV(%) 3.3

Tension by pass WET 150ºC

CAS-30-06-03-08



Carga última(N)



I+D-E-326A


Julio 2009

109

Gráfica 19 Comparación resistencia 651 tension by pass

Se puede observar una reducción de la resistencia en la serie acondicionada de un

11.08%. Podemos concluir que la tendencia de disminución de propiedades con el acondicionamiento de la probeta también se cumple en este caso de fallo de remache. 9.6.7. ENSAYO DE TRACCIÓN A TRAVÉS DE TALADROS SOBRE LAMINADOS DE FIBRA DE

CARBONO EN UNIONES REMACHADAS, TENSION THROUGH THE HOLE

En este ensayo se pretende calcular la carga de fallo para una rotura de tracción, cuando

la carga pasa a través del remache. En este caso, la ficha técnica pedía probetas a cortadura

simple con uno y dos remaches. Se siguió la norma I+D-E-304.




• Útiles antiflexión.


carga y desplazamiento máximo en la dirección de 90°. Los cálculos se realizaron según lo

indicado en la norma. La velocidad de desplazamiento del carro de aplicación de carga fue a un

valor constante de 1 mm/min. Se realizaron cuatro series de probetas de distintas

configuraciones unas acondicionadas y otras sin acondicionar a 150ºC (tabla 74).

MATERIAL TIPO PROBETA ESTADO REFERENCIA

HEXCEL 651

TTH I SIN ACONDICIONAR CAS-33-04-03-08

TTH I ACONDICIONADA CAS-34-04-03-08

TTH II SIN ACONDICIONAR CAS-35-04-03-08

TTH II ACONDICIONADA CAS-36-04-03-08

Tabla 73 Series a ensayar para tension through the hole

481.6 428.23

0

200

400

600

Resistencia [Mpa]


CAS-30-04-03-08


Julio 2009

110

Se colocaron dos útiles para evitar la flexión secundaria de las probetas, como se ve en las

figura 73 y 74. Para el caso de cortadura simple, 1 remache:

Fig. 76 Ensayo TTH cortadura simple con un remache



14.37 3.43 5.06 7874.49 246.5914.36 3.42 5.06 7682.21 241.5314.36 3.46 5.06 8071.67 250.8414.42 3.45 5.06 8382.65 259.5914.27 3.43 5.06 7535.06 238.5214.37 3.45 5.06 7782.27 242.2914.37 3.43 5.06 7929.42 248.31



DST 7.1CV(%) 2.9

Tension trought the hole AR 150ºC

CAS-33-04-03-08



Carga última(N)



Probeta 6

Probeta 4Probeta 5

Probeta 7

I+D-E-304

14.35 3.44 5.06 7809.74 244.3814.32 3.44 5.06 7667.50 240.7014.33 3.41 5.06 7102.44 224.6814.30 3.40 5.06 7398.70 235.5114.30 3.42 5.06 7398.70 234.1314.41 3.45 5.06 7742.05 240.0114.40 3.44 5.06 7754.81 241.36



DST 6.6CV(%) 2.8


Tension trought the hole WET 150ºC

CAS-34-06-03-08

Probeta 1

Carga última(N)

Espesor real(mm)

Ancho(mm)Diámetro

taladro(mm)

Probeta 3Probeta 2


I+D-E-304


Julio 2009

111

Gráfica 20 Comparación resistencia TTH cortadura simple, un remache 651

Para el caso de cortadura simple, dos remaches:

Fig. 77 Ensayo tension TTH cortadura simple dos remaches


246.8 237.3

0

100

200

300

Resistencia [Mpa]


CAS-34-04-03-08

14.38 3.47 5.06 13792.86 426.4914.50 3.51 5.06 14096.97 425.4514.47 3.5 5.06 13616.28 413.4314.38 3.51 5.06 13363.00 408.4914.49 3.51 5.06 13959.63 421.7514.48 3.49 5.06 13027.68 396.2714.49 3.49 5.06 13518.18 410.75



DST 10.8CV(%) 2.6

Probeta 5

Ancho(mm)


I+D-E-304

Espesor real(mm)


Carga última(N)

Tension trought the hole AR 150ºc Resistencia

máxima (Mpa)

CAS-35-04-03-08

Probeta 6Probeta 7

Probeta 4


Julio 2009

112


Gráfica 21 Comparación resistencia TTH cortadura simple, dos remaches 651

En el primer caso se puede apreciar una disminución de la resistencia de un 3.89%,

mientras que en el segundo caso los resultados son prácticamente iguales, no dando lugar a

ninguna especulación sobre la influencia del acondicionamiento en la configuración de las

series con uno o dos remaches. Al ser la propiedad calculada a tracción, el acondicionamiento

de la probeta apenas influye.

14.42 3.52 5.06 14469.75 439.1814.41 3.57 5.06 13037.49 390.5814.49 3.46 5.06 14185.26 434.7614.46 3.52 5.06 13478.94 407.3714.42 3.50 5.06 12272.31 374.6114.41 3.51 5.06 14126.40 430.4414.47 3.50 5.06 14508.99 440.53



DST 26.2CV(%) 6.3

Tension trought the hole WET 150ºC Resistencia

máxima (Mpa)Ancho(mm)

Espesor real(mm)


I+D-E-304

CAS-36-06-03-08

Probeta 6Probeta 7

Probeta 5

Probeta 2

Carga última(N)

Probeta 4Probeta 3

Probeta 1

414.7 416.8

0

100

200

300

400

500

Resistencia [Mpa]


CAS-34-04-03-08


Julio 2009

113

9.6.8. ENSAYOS DE CORTADURA INTERLAMINAR SOBRE ESTRATIFICADOS DE FIBRA DE

CARBONO, SHORT BEAM SHEAR.

Para el cálculo de cortadura interlaminar, G13, se utilizó el ensayo de short beam shear

según la norma I+D-E-31. Los equipos que se utilizaron para la realización de los ensayos

fueron:



• Útil de ensayo de cortadura interlaminar.

Para todos los materiales, en las probetas sin acondicionar se realizó el ensayo a

temperatura ambiente y las acondicionadas a 120ºC. Se utilizó el útil de ensayo que se

muestra en la figura según norma. El útil consta de dos rodillos de apoyo paralelos entre sí con

una separación entre ellos proporcional al espesor de la probeta a ensayar. La tabla 29

muestra la longitud entre apoyos y la tabla 6 el espesor de las probetas.

Fig. 78 Esquema útil de cortadura

MATERIAL L(mm)

M65 8.4±0.21

HEXCEL 651 13.32±0.33

RTM6 13.32±0.33

Tabla 78 Longitudes de apoyo para útil SBS


M65 CAS-09-04-03-08 CAS-10-04-03-08

HEXCEL 651 CAS-39-04-03-08 CAS-40-04-03-08

RTM6 CAS-57-04-03-08 CAS-58-04-03-08

Tabla 79 Series de probetas a ensayar de SBS

Durante el ensayo se obtuvo la curva carga frente a deformación y la carga máxima antes

del primer decrecimiento de ésta. Además se especificó el tipo de rotura acontecida en cada

probeta. La velocidad de aplicación de la carga fue de 1mm/min. Destacar que debido al

pequeño tamaño de las probetas, éstas eran susceptibles de sufrir el efecto de las tensiones de


Julio 2009

114

borde del laminado, pudiendo influir en el resultado final debido al aumento del esfuerzo

interlaminar τxz en el borde libre. Esto podría dar lugar a una gran dispersión de resultados,

aunque no es nuestro caso.

Fig. 79 Gráfica tensiones de borde en laminado a ±45°

Destacar que los tipos de rotura aparecidos en los ensayos fueron en todos los casos

debido al esfuerzo mixto de tracción y cortadura. Sin embargo en la serie CAS-58-04-03-08

WET el tipo de rotura no se especificaba en la norma. Se estudió la norma EN2526, donde se

especificaba que dicha geometría correspondía a una rotura plástica, como se indica en la

figura.

Fig. 80 Rotura plástica en ensayo de cortadura interlaminar

Para ejemplificar dicho efecto se muestra a continuación una comparación entre dos

curvas de ensayo de cortadura interlaminar donde se puede apreciar la curva característica de

una rotura mixta a tracción y cortadura y una curva que muestra el fallo debido a la

plastificación


Julio 2009

115

Gráfica 22 Comparativa entre rotura mixta y plástica en un ensayo de SBS

Para lograr una mejor aplicación de la carga, el útil se colocó entre dos platos de

compresión para lograr que el éste se asentase de forma óptima y el contacto entre la célula

de carga de la máquina y el útil transmitiera de forma eficiente la fuerza. Dicha célula de carga

fue cambiada por una de ±5KN, debido a que la carga aplicada iba a ser muy pequeña en

comparación con la célula de ±100KN.

Fig. 81 Ensayo de cortadura interlaminar

Los resultados de los ensayos se muestran a continuación.

-2000

-1800

-1600

-1400

-1200

-1000

-800

-600

-400

-200

0

-1.4 -1.2 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0

CA

RG

A (

N)

DESPLAZAMIENTO (mm)

MODOS DE FALLO

CAS-57-04-03-08-1

CAS-58-05-03-08-1


Julio 2009

116

M65



HEXCEL 651



6.5 2.165 2.1 1755.009 93.5346.52 2.14 2.1 1772.667 95.2866.52 2.14 2.1 1840.356 98.9246.49 2.063 2.1 1764.819 98.8596.48 2.119 2.1 1753.047 95.752

Media 1777.2 96.5DST 36.2 2.4

CV(%) 2.0 2.4

Cortadura RT/ARCAS-09-05-03-08


Espesor nominal(mm)

Carga última(N)

Resistencia a cortadura(Mpa)


Norma I+D-E-31 A

6.530 2.038 2.100 934.21 52.656.520 2.058 2.100 1045.75 58.456.520 2.038 2.100 1080.08 60.966.510 2.051 2.100 979.04 54.996.510 2.027 2.100 1012.39 57.54

Media 1010.29 56.92DST 56.78 3.20

CV(%) 5.62 5.63

Cortadura WET 120ºCCAS-10-04-03-08


Espesor nominal(mm)

Carga última(N)



Norma I+D-E-31 A

6.580 3.214 3.330 1344.0 46.06.570 3.320 3.330 1304.7 44.76.590 3.210 3.330 1170.3 40.06.570 3.220 3.330 1214.5 41.66.540 3.220 3.330 1278.2 44.0

Media 1262.4 43.3DST 69.8 2.4

CV(%) 5.5 5.6



Cortadura RT/AR CAS-39-04-03-08


Espesor nominal(mm)

Carga última(N)

Probeta 4Probeta 5

Norma I+D-E-31 A

6.600 3.24 3.330 1079.10 36.8246.610 3.242 3.330 1110.49 37.8386.610 3.242 3.330 1059.48 36.16.600 3.250 3.330 1113.44 37.9966.540 3.250 3.330 1041.82 38.878

Media 1080.87 37.5272DST 31.32 1.08

CV(%) 2.90 2.88



Espesor nominal(mm)

Carga última(N)



Norma I+D-E-31 A


Julio 2009

117

RTM6



La comparación de resultados:

Gráfica 23 Comparación carga y resistencia a cortadura M65

6.520 3.600 3.700 1795.2 55.86.520 3.602 3.700 1827.6 56.86.520 3.607 3.700 1862.9 57.96.530 3.602 3.700 1865.9 57.96.530 3.603 3.700 1720.7 53.4

Media 1814.5 56.4DST 59.9 1.9

CV(%) 3.3 3.3

Cortadura RT/ARCAS-57-04-03-08


Espesor nominal(mm)

Carga última(N)



Norma I+D-E-31 A

6.610 3.67 3.700 985.91 30.846.620 3.613 3.700 991.79 31.106.580 3.632 3.700 999.64 31.376.580 3.625 3.700 1026.13 32.276.590 3.627 3.700 1008.47 31.64

Media 1002.39 31.44DST 15.75 0.55

CV(%) 1.57 1.74



Espesor nominal(mm)

Carga última(N)



Norma I+D-E-31 A

1777.2

1019.29

0

500

1000

1500

2000

Carga [N]

Carga últimaCAS-09-05-03-08

CAS-10-04-03-08

96.5

56.92

0

50

100

150

Resistencia a cortadura [Mpa]

Resistencia a cortaduraCAS-09-05-03-08

CAS-10-04-03-08


Julio 2009

118

Gráfica 24 Comparación carga y resistencia a cortadura 651

Gráfica 25 Comparación carga y resistencia a cortadura RTM6

Se pueden apreciar grandes diferencias entre los valores de las series acondicionadas y las

series sin acondicionar. Para ejemplarizar dichos resultados se realizó la siguiente tabla.

MATERIAL ESTADO

SERIE CARGA

ÚLTIMA [N]

RESISTENCIA A CORTADURA

[Mpa]

% Reducción

carga

% Reducción resistencia

M65 AR 1777.2 95.5

42.65 40.40 WET 1019.20 56.92

651/HTA AR 1262.4 43.3

14.38 13.33 WET 1080.87 37.53

RTM6/HTA AR 1814.5 56.4

44.76 44.26 WET 1002.39 31.44

Tabla 86 % reducción en parámetros de ensayo de cortadura interlaminar

Estas disminuciones en las propiedades se pueden explicar cómo se verá en el siguiente

epígrafe, si nos atenemos a la gran influencia de la matriz polimérica en la cortadura

interlaminar, ya que el polímero se ve muy afectado en sus propiedades cuando existe una

absorción de agua y se sufren altas temperaturas (120°C).

1262.41080.87

0

500

1000

1500

Carga [N]


CAS-40-04-03-08

43.337.53

0

10

20

30

40

50



CAS-40-04-03-08

1814.5

1002.39

0

500

1000

1500

2000

Carga [N]


CAS-58-05-03-08

56.4

31.44

0

20

40

60



CAS-58-05-03-08


Julio 2009

119

9.6.9. ENSAYO DE TRACCIÓN EN SENTIDO PLANO SOBRE LAMINADOS DE MATERIAL

COMPUESTO EN UNIONES REMACHADAS, PULL-OUT

El último admisible que caracteriza la resistencia en uniones remachadas que se calculó

fue el de arrancamiento, determinando la máxima carga que se da en el material antes de que

aparezcan roturas o delaminaciones en el material junto a la unión remache-laminado.

Los equipos que se utilizaron para la realización de los ensayos fueron:



• Útil de ensayo de pull-out.

• Llave dinamométrica.

Se mecanizó la probeta de tipo II según la ficha técnica utilizándose un útil de pull-out (ver

figura 79) adecuado para su geometría. Los ensayos se realizaron en condiciones ambientales

(RT) o a temperatura (ver tabla 88) a una velocidad entre 1 y 1.2 mm/min.

MATERIAL DESIGNACIÓN ESTADO TEMPERATURA

M65 CAS-11-04-03-08 SIN ACONDICIONAR 140

CAS-12-04-03-08 ACONDICIONADAS 140

HEXCEL 651 CAS-41-04-03-08 SIN ACONDICIONAR RT


RTM6 CAS-59-04-03-08 SIN ACONDICIONAR RT


Tabla 87 Series de probetas a ensayar para pull-out y temperatura de ensayo.

Fig. 82 Esquema útil de Pull-Out

MATERIAL D A B

M65 6.35 25.4 31.75

651 7.95 31.8 39.75

RTM6 7.95 31.8 39.75

Tabla 88 Dimensiones útil pull-out

Durante el ensayo se obtuvo la curva carga frente a deformación y el valor de la carga máxima

antes de producirse roturas, delaminaciones o cualquier otro tipo de defecto.


Julio 2009

120

Fig. 83 Útil de Pull-Out

Fig. 84 Ensayo de Pull-Out

Se aplicó el par nominal de acuerdo a la norma I+D-E-231, atendiéndose a la ficha técnica

obteniéndose:

MATERIAL Φ Par mínimo

[Nm]

Par máximo

[Nm]

M65 6.35 7.34 11.03

651 7.95 14.69 22.60

RTM6 7.95 14.69 22.60

Tabla 89 Pares de apriete para Pull-Out


Julio 2009

121

Para dar el par nominal necesario se utilizó una llave dinamométrica. Se agarró la cabeza

del remache en un gato montándose la probeta sobre él. Se colocó la arandela para no dañar

la probeta debido al contacto que había entre el útil y ésta. Posteriormente se aplicó el par

hasta su valor máximo del intervalo, según las instrucciones de instalación de la norma.

Fig. 85 Instalación remache con llave dinamométrica

Los resultados de los ensayos se muestran a continuación.



52.03 5.64 5.68 12301.6452.01 5.75 5.68 12645.0952.01 5.72 5.68 12085.9252.02 5.69 5.68 12193.8352.03 5.61 5.68 11909.3451.98 5.72 5.68 12174.2152.03 5.64 5.68 11909.34

Media 12174.2DST 253.8

CV(%) 2.1

Probeta 7

Norma I+D-E-292


PULL-OUT 140ºC/AR CAS-11-04-03-08


Espesor nominal(mm)

Carga última(N)

52.01 5.71 5.68 12203.6452.03 5.67 5.68 12429.2752.02 5.70 5.68 11889.7252.03 5.72 5.68 12213.4551.97 5.70 5.68 12085.9252.02 5.71 5.68 11409.0352.03 5.69 5.68 11870.10

Media 12014.45DST 330.53

CV(%) 2.75

PULL-OUT WET 140ºCCAS-12-04-03-08


Espesor nominal(mm)

Carga última(N)


Norma I+D-E-292


Julio 2009

122

Gráfica 26 Comparación carga última M65

Se observa una nula disminución de propiedades, del orden de 100MPa. Dicha

disminución no es acentuada, no apareciendo un decrecimiento apreciable de la propiedad.

Más adelante, se intentará dar una explicación apoyándonos en los resultados de los

siguientes materiales.



12174.2

12014.45

11900

12000

12100

12200

Carga [N]


CAS-12-05-03-08

60.150 7.530 7.09 26418.3360.120 7.510 7.09 27301.2360.120 7.460 7.09 27919.2660.120 7.550 7.09 26271.1860.060 7.560 7.09 25623.7260.090 7.580 7.09 27654.3960.070 7.490 7.09 26084.79

Media 26753.3DST 869.8

CV(%) 3.3

PULL-OUT RT/AR CAS-41-06-03-08


Espesor nominal(mm)

Carga última(N)


Norma I+D-E-292

60.08 7.523 7.090 27752.4960.04 7.524 7.09 26967.6960.06 7.544 7.09 26840.1660.04 7.541 7.09 27261.9960.11 7.540 7.09 27281.6160.09 7.539 7.09 26594.9160.08 7.533 7.09 25918.02

Media 26945.27DST 585.18

CV(%) 2.17

Probeta 7

Norma I+D-E-292




Espesor nominal(mm)

Carga última(N)


Julio 2009

123

Gráfica 27 Comparación carga última 651

Se puede observar que apenas ha variado la carga máxima de tracción plana para este

material. Si se observan las gráficas (ver gráfica 28) de los informes de ensayo se puede ver

que los fallos se debieron principalmente a fallos por tracción del material, ya que los

descensos de carga fueron repentinos. Además se observa en las probetas una separación

entre las fibras rotas debido al mojado de la resina (figura 83a), provocando que las grietas

corrieran más tanto por la resina como por la interfase.

a) b)

Fig. 86 Detalle fractura pull-out; a) 651/HTA; b) RTM6/HTA

26753.3 26945.27

0

10000

20000

30000

Carga [N]


CAS-42-06-03-08


Julio 2009

124

Gráfica 28 Comparación pull-out 651

Gráfica 29 Comparación pull-out RTM6


0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

0 1 2 3 4 5 6

Car

ga (

N)

Desplazamiento (mm)

CAS-41-06-03-08-4

CAS-42-06-03-08-4

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

0 1 2 3 4 5 6

Car

ga (

N)

Desplazamiento (mm)

CAS-59-06-03-08-7

CAS-60-06-03-08-1

60.14 7.489 7.090 28350.90

60.16 7.485 7.090 28959.12

60.12 7.463 7.090 27801.54

60.13 7.424 7.090 28282.23

60.14 7.46 7.090 28861.02

60.12 7.462 7.090 29361.33

60.13 7.443 7.090 28576.53Media 28599.0DST 512.8

CV(%) 1.79

PULL-OUT RT/AR CAS-59-06-03-08


Espesor nominal(mm)

Carga última(N)


Norma I+D-E-292


Julio 2009

125


Gráfica 30 Comparación carga última RTM6

Se ha producido una disminución del 10.6% en la propiedad. Los fallos producidos son

debidos a un fallo plástico, esencialmente por procesos a cortadura (ver gráfica 29). Al tener

este fallo, la cortadura ha influido en el fallo de las probetas incrementándose el efecto debido

al espesor de la probeta. Además las fibras, al contrario que en el material anterior, después

del fallo se mantenían más apelmazadas (figura 83b), siendo el mojado de la resina en las

fibras mejor que en las de 651 y por lo tanto teniendo una mayor influencia en el fallo de la

probeta.

60.1 7.479 7.09 27095.22

60.18 7.482 7.09 25466.76

60.14 7.477 7.09 25221.51

60.17 7.433 7.09 25986.69

60.19 7.445 7.09 25623.72

60.11 7.46 7.09 24799.68

60.16 7.452 7.09 24780.06Media 25567.66DST 801.28

CV(%) 3.13

Probeta 7

Norma I+D-E-292




Espesor nominal(mm)

Carga última(N)

28599 25567.66

0

10000

20000

30000

40000

Carga [N]


CAS-60-06-03-08


Julio 2009

126

9.6.10. RESUMEN DE ENSAYOS

MATERIAL ENSAYOS REFERENCIA

LABORATORIO NORMA ORIENTACIÓN

Nº

PROBETAS ACONDI

M65

CAI

CAS-01-04-03-08 AITM 1.0010

90º

8 AR

CAS-02-04-03-08 AITM 1.0010 8 WET

CAS-43-04-03-08 - 4 AR

COMPRESIÓN CAS-03-04-03-08

I+D-E-51 90º 6 AR

CAS-04-04-03-08 6 WET

BEARING CAS-05-05-03-08

I+D-E-325A 90º 7 AR

CAS-06-05-03-08 7 WET

TRACCIÓN CAS-07-05-03-08

EFA-CFC-TP-006-a 90º 2 AR

CAS-08-05-03-08 2 WET

ILSS CAS-09-05-03-08

I+D-E-31 - 5 AR

CAS-10-05-03-08 5 WET

PULL-OUT CAS-11-05-03-08

I+D-E-305 - 7 AR

CAS-12-05-03-08 7 WET

Tabla 96 Series material M65



Nº

PROBETAS ACONDI

RTM6

CAI

CAS-51-06-03-08 AITM 1.0010

90º

8 AR

CAS-52-06-03-08 AITM 1.0010 8 WET

CAS-44-06-03-08 - 4 AR


I+D-E-51 90º 6 AR

CAS-54-06-03-08 6 WET

BEARING CAS-55-06-03-08

I+D-E-325A 90º 7 AR

CAS-56-06-03-08 2 WET

TRACCIÓN CAS-63-06-03-08 EFA-CFC-TP-

006-a 90º

2 AR

CAS-64-06-03-08 2 WET

ILSS CAS-57-06-03-08

I+D-E-31 - 5 AR

CAS-58-06-03-08 5 WET


I+D-E-305 - 7 AR

CAS-60-06-03-08 7 WET

Tabla 97 Series material Hexcel 651/HTA


Julio 2009

127



Nº

PROBETAS ACONDI

HEXCEL 651

CAI

CAS-21-05-03-08 AITM 1.0010

90º

8 AR

CAS-22-05-03-08 AITM 1.0010 8 WET

CAS-45-05-03-08 - 4 AR


I+D-E-51 90º 6 AR

CAS-24-05-03-08 6 WET

TAI CAS-25-05-03-08 -

90º 6 AR

CAS-26-05-03-08 - 6 WET

TRACCIÓN CAS-27-05-03-08 EFA-CFC-TP-

006-a 90º

6 AR

CAS-28-05-03-08 6 WET

TBP CAS-29-06-03-08

I+D-E-326A 90º 7 AR

CAS-30-06-03-08 7 WET

TTHI CAS-33-06-03-08

I+D-E-304A 90º 7 AR

CAS-34-06-03-08 7 WET

TTHII CAS-35-06-03-08

I+D-E-304A 90º 7 AR

CAS-36-06-03-08 7 WET

ILSS CAS-39-06-03-08

I+D-E-31 - 5 AR

CAS-40-06-03-08 5 WET


I+D-E-305 - 7 AR

CAS-42-06-03-08 7 WET

Tabla 98 Series material Hexcel RTM6/HTA

Fig. 87 Probetas de ensayos realizados

9. ejecuciÓn de ensayosbibing.us.es/proyectos/abreproy/4710/fichero/memoria...9.1.3. equipos de...

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