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MEMORIAS DEL XXIII CONGRESO INTERNACIONAL ANUAL DE LA SOMIM 20 al 22 DE SEPTIEMBRE DE 2017 CUERNAVACA, MORELOS, MÉXICO Tema A2a Materiales: Materiales compuestos híbridos de matriz Polimérica “Propuesta de desarrollo de material compuesto para protección contra impactos de alta velocidadHonorio Ortiz Hernández a , Hilario Hernández Moreno a , Norberto Domínguez Ramírez b a Instituto Politécnico Nacional, Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Profesional Ticomán, Av. Ticomán No.600, Col. San José Ticomán, Gustavo A. Madero, Cd. De México, 07340, México. b Instituto Politécnico Nacional, Escuela Superior de Ingeniería y Arquitectura Unidad Profesional Zacatenco, Av. Juan de Dios Bátiz s/n, Adolfo López Mateos, Gustavo A. Madero, Cd. De México, 07738, México. *Autor contacto.Dirección de correo electrónico: [email protected], [email protected], [email protected] R E S U M E N En este trabajo se presenta el desarrollo de una placa de material compuesto híbrido denominado MCH-AVE (Material Compuesto Híbrido de Acero, fibra de Vidrio y resina Epóxica), así como su evaluación para ser empleado como placa de respaldo en un sistema de blindaje compuesto, contra impactos de alta velocidad (50-1000 m/s) en helicópteros. Este material está constituido de malla de acero intercaladas en capas de fibra de vidrio y consolidadas por resina epóxica. Las placas de MCH-AVE se obtuvieron mediante el método manufactura de prensado en frío. Se realizaron pruebas de tensión con el fin de obtener su relación de Poisson, módulo de elasticidad y su resistencia última, así mismo el material fue caracterizado físicamente con el fin de obtener su densidad y las fracciones volumétricas. Finalmente se realizaron pruebas exploratorias de impacto con proyectiles calibre 7.62 x 51 mm OTAN, con el fin de evaluar su comportamiento frente a dichas solicitaciones. Palabras Clave: Sistema de blindaje compuesto, material compuesto híbrido, escudo cerámico, blindaje balístico. A B S T R A C T In this paper is presented the development of a hybrid composite plate called MCH-AVE (Hybrid Composite Material of Steel, Fiberglass and Epoxy Resin), as well as its evaluation to be used as back plate in a composite armour system, against high-speed impacts (50-1000 m/s) in rotorcraft. This material consists of a series of steel mesh interposed with fiberglass fabric, all consolidated in an epoxy resin. The plate of MCH-AVE was made by cold pressing method. Tensile tests were made for obtaining Young modulus, Poisson ratios and ultimate tensile strength. In addition, a physical characterization was carried out in order to obtain density and volume fractions. Finally, exploratory impact testing was performed with ammunition caliber 7.62 X 51 mm NATO, in order to evaluate their behavior against such solicitations. Keywords: composite armour system, hybrid composite materials, ceramic shield, ballistic armour. 1. Introducción Generalmente las aeronaves utilizadas por las fuerzas del orden público y fuerzas armadas están expuestas a impactos de proyectiles de armas de fuego, ocasionando en algunos casos fallas en sistemas vitales de la aeronave y en el peor de los casos la pérdida de vidas humanas. Actualmente existen en el mercado blindajes comerciales para protección contra impactos balísticos en aeronaves, sin embargo, sus costos son prohibitivos, por tanto, muchas aeronaves utilizadas por el estado para cuestiones de seguridad se encuentran vulnerables frente a este tipo de amenazas, al no contar con un sistema de protección. Una solución para este tipo de problemas es la investigación y desarrollo de nuevos materiales a partir de insumos disponibles en el mercado nacional, que cumplan con los requerimientos necesarios para ser utilizados como blindaje en aeronaves. Aunque en la actualidad existen diversos materiales que pueden cumplir con la función de brindar protección contra impactos de alta velocidad, por ejemplo, el acero que presenta buena resistencia al impacto a un precio relativamente bajo, sin embargo, presenta el inconveniente de su alta densidad (7.85 g/cm 3 ). En contraste, los materiales ISSN 2448-5551 MM 44 Derechos Reservados © 2017, SOMIM

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MEMORIAS DEL XXIII CONGRESO INTERNACIONAL ANUAL DE LA SOMIM 20 al 22 DE SEPTIEMBRE DE 2017 CUERNAVACA, MORELOS, MÉXICO

Tema A2a Materiales: Materiales compuestos híbridos de matriz Polimérica

“Propuesta de desarrollo de material compuesto para protección contra impactos de alta velocidad”

Honorio Ortiz Hernándeza, Hilario Hernández Morenoa, Norberto Domínguez Ramírezb

a Instituto Politécnico Nacional, Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Profesional Ticomán, Av. Ticomán No.600, Col. San José

Ticomán, Gustavo A. Madero, Cd. De México, 07340, México. b Instituto Politécnico Nacional, Escuela Superior de Ingeniería y Arquitectura Unidad Profesional Zacatenco, Av. Juan de Dios Bátiz s/n, Adolfo López

Mateos, Gustavo A. Madero, Cd. De México, 07738, México.

*Autor contacto.Dirección de correo electrónico: [email protected], [email protected], [email protected]

R E S U M E N

En este trabajo se presenta el desarrollo de una placa de material compuesto híbrido denominado MCH-AVE (Material

Compuesto Híbrido de Acero, fibra de Vidrio y resina Epóxica), así como su evaluación para ser empleado como placa

de respaldo en un sistema de blindaje compuesto, contra impactos de alta velocidad (50-1000 m/s) en helicópteros. Este

material está constituido de malla de acero intercaladas en capas de fibra de vidrio y consolidadas por resina epóxica. Las

placas de MCH-AVE se obtuvieron mediante el método manufactura de prensado en frío. Se realizaron pruebas de

tensión con el fin de obtener su relación de Poisson, módulo de elasticidad y su resistencia última, así mismo el material

fue caracterizado físicamente con el fin de obtener su densidad y las fracciones volumétricas. Finalmente se realizaron

pruebas exploratorias de impacto con proyectiles calibre 7.62 x 51 mm OTAN, con el fin de evaluar su comportamiento

frente a dichas solicitaciones.

Palabras Clave: Sistema de blindaje compuesto, material compuesto híbrido, escudo cerámico, blindaje balístico.

A B S T R A C T

In this paper is presented the development of a hybrid composite plate called MCH-AVE (Hybrid Composite Material of

Steel, Fiberglass and Epoxy Resin), as well as its evaluation to be used as back plate in a composite armour system,

against high-speed impacts (50-1000 m/s) in rotorcraft. This material consists of a series of steel mesh interposed with

fiberglass fabric, all consolidated in an epoxy resin. The plate of MCH-AVE was made by cold pressing method. Tensile

tests were made for obtaining Young modulus, Poisson ratios and ultimate tensile strength. In addition, a physical

characterization was carried out in order to obtain density and volume fractions. Finally, exploratory impact testing was

performed with ammunition caliber 7.62 X 51 mm NATO, in order to evaluate their behavior against such solicitations.

Keywords: composite armour system, hybrid composite materials, ceramic shield, ballistic armour.

1. Introducción

Generalmente las aeronaves utilizadas por las fuerzas del

orden público y fuerzas armadas están expuestas a impactos

de proyectiles de armas de fuego, ocasionando en algunos

casos fallas en sistemas vitales de la aeronave y en el peor

de los casos la pérdida de vidas humanas. Actualmente

existen en el mercado blindajes comerciales para protección

contra impactos balísticos en aeronaves, sin embargo, sus

costos son prohibitivos, por tanto, muchas aeronaves

utilizadas por el estado para cuestiones de seguridad se

encuentran vulnerables frente a este tipo de amenazas, al no

contar con un sistema de protección. Una solución para este

tipo de problemas es la investigación y desarrollo de nuevos

materiales a partir de insumos disponibles en el mercado

nacional, que cumplan con los requerimientos necesarios

para ser utilizados como blindaje en aeronaves.

Aunque en la actualidad existen diversos materiales que

pueden cumplir con la función de brindar protección contra

impactos de alta velocidad, por ejemplo, el acero que

presenta buena resistencia al impacto a un precio

relativamente bajo, sin embargo, presenta el inconveniente

de su alta densidad (7.85 g/cm3). En contraste, los materiales

ISSN 2448-5551 MM 44 Derechos Reservados © 2017, SOMIM

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cerámicos tales como el carburo de silicio (SiC) y la alúmina

presentan baja densidad 3.21 g/cm3 y 3.95 g/cm3,

respectivamente, y una excelente dureza capaz de achatar,

fragmentar y erosionar un proyectil, no obstante son

materiales muy frágiles que tienden a fracturarse al primer

impacto, esto los imposibilita a recibir múltiples impactos

[1,2]. Por otra parte, están los materiales compuestos, por

ejemplo, los reforzados con fibras de aramida (Kevlar® y

Twaron®), que desde hace tiempo se han estado usando

como blindajes en aeronaves, debido principalmente a su

buena resistencia al impacto, alta resistencia específica

(Esfuerzo último/densidad), y baja densidad [3], por lo que

su contribución en el peso de la aeronave es mínima. Por

último, están los blindajes compuestos, los cuales están

constituidos por un escudo cerámico y una placa de respaldo

ya sea metálica o de material compuesto. Este sistema

funciona en tres etapas: en la primera, se produce la

deformación y fragmentación del proyectil al impactarse

con el escudo cerámico, en la segunda, el proyectil es

erosionado por el material cerámico, y en la tercera, la placa

soporte absorbe por deformación plástica la energía cinética

del proyectil [2].

Desde hace algunos años en la Escuela Superior de

Ingeniería Mecánica y Eléctrica unidad Ticomán (ESIME

UP Ticomán) se ha estado trabajando en el desarrollo y

caracterización de materiales compuestos híbridos, entre

estos trabajos están los realizados por Morales [4] y Ortiz

[5], quienes desarrollaron y evaluaron placas de material

compuesto híbrido, los cuales fueron denominados AVE y

MCH-AVE respectivamente, durante la evaluación de

pruebas de tensión de este último, se encontró que presenta

una área importante bajo la curva esfuerzo-deformación ver

fig.1, lo que indica que es un material que presenta buena

tenacidad [6].

Figura 1- gráficas de esfuerzo-deformación del MCH-AVE [5]

Por otro lado, en los estudios realizados por Mojica [7] a

una viga (perfil Ω) de MCH-AVE, reporta que durante el

ensayo de flexión, el material no presentó delaminación

extendida, además destaca la tolerancia al daño de dicho

material, ya que conserva una gran capacidad de carga

después de haber sufrido una serie de fallas, como se puede

observar en el diagrama carga-desplazamiento figura 2,

reportado por Mojica [7].

Figura 2- gráfica carga Vs. Desplazamiento, de viga (perfil Ω),

fabricada en MCH-AVE [7]

Así mismo, en los estudios realizados por Monter [8],

sobre el comportamiento en resistencia remanente de placas

de MCH-AVE, se destaca también la resistencia al impacto

de baja velocidad, buena tolerancia al daño, zona de daño

focalizada, y su resistencia a la delaminación, como se puede

apreciar en la figs. 3(a)-3(b).

Figura 3- imagen del área de daño producida por un impacto a 28.27

J, (a) cara de impacto; (b) zona de daño en la cara posterior [8]

2. Métodos Experimentales

2.1. Materiales

Los materiales utilizados para la elaboración de las placas

del MCH-AVE, fueron seleccionados de acuerdo con sus

propiedades mecánicas (dureza, resistencia a la tensión),

densidad, compatibilidad entre matriz y refuerzo, costo, y

facilidad de adquisición en el mercado nacional.

El material seleccionado como refuerzo fue fibra de

vidrio tipo E, en una configuración tafetán, debido a que

presenta buena resistencia a la tensión (3,445 MPa), buena

compatibilidad con la resina epóxica, es económico y de

fácil adquisición, comparado con otros refuerzos que,

aunque presentan mejor resistencia a la tensión, son de

difícil adquisición y costo prohibitivo, por ejemplo: la fibra

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de carbono que además tiene una baja tenacidad, Kevlar®,

fibra de vidrio tipo S, Twaron®, Spectra®.

Así mismo, se seleccionó malla de acero galvanizado

como segundo refuerzo, debido a que es un material

económico, de fácil adquisición y con buenas propiedades

mecánicas, en comparación con mallas de aluminio y mallas

de acero inoxidable que también existen en el mercado. Las

características de esta malla son las siguientes: acero AISI

1010, resistencia a la tracción de 392.3 MPa, apertura entre

alambre de 1.9 mm, diámetro del alambre 0.23 mm y una

densidad de 7.85 g/cm3.

La resina seleccionada para la matriz, fue una resina

epóxica, debido a su compatibilidad con la fibra de vidrio,

además que sus propiedades mecánicas son superiores a las

resinas poliéster y fenólicas, aunque las resinas poliéster son

más económicas. La resina seleccionada fue de la marca

Epolam 2015, la cual cuenta con un tiempo de gelado de 60

minutos, densidad de 1.12 g/cm3 y resistencia a la tracción

de 70 MPa.

2.2. Proceso de manufactura

La selección del proceso de manufactura del MCH-AVE, se

realizó tomando en cuenta las fracciones volumétricas de

cada uno de los constituyentes, que se pueden alcanzar con

cada uno de los métodos, debido a que la fracción

volumétrica es un factor importante, ya que influye de forma

considerable en las propiedades mecánicas del material. Los

métodos empleados fueron: bolsa de vacío, con la cual se

obtuvieron placas con mucha porosidad como se puede

observar en la tabla 1, razón por la cual se delaminaban

fácilmente, ver fig. 4, así mismo, se fabricaron placas por

compactación asistida por vacío e infusión de resina asistida

por vacío, con los cuales se obtuvieron placas con mayor

calidad respecto al método de bolsa de vacío, sin embargo,

se optó por no usar estos métodos debido al riesgo de que la

malla de acero perforara la bolsa de sellado y se perdiera

presión de compactación, por último, se realizaron placas

con el método de prensado en frío, con el cual se obtuvieron

placas con menor volumen de poro, independientemente de

ser un proceso económico y sencillo, por tanto, se optó por

usar este método para la elaboración del MCH-AVE.

Tabla 1-fraciones volumétricas obtenidas, en placas fabricadas por

bolsa de vacío.

probeta Vr Vf Vacero Vporosidad

1 0.3208 0.2393 0.0838 0.3562

2 0.3237 0.2439 0.0847 0.3478

3 0.2831 0.2253 0.0775 0.4141

4 0.3093 0.2388 0.0813 0.3706

5 0.2924 0.2560 0.0892 0.3624

promedio 0.3059 0.2406 0.0833 0.3702 Desviación

estándar 0.0177 0.0110 0.0043 0.0259 Coeficiente de

variación 0.0579 0.0459 0.0517 0.0700

Figura 4-placa de MCH-AVE obtenida mediante bolsa de vacío

El proceso de manufactura mediante prensado en frío

consiste en realizar el estratificado sobre una placa de

madera la cual está cubierta con una película de PVC, para

facilitar el desmolde de la placa, el estratificado está

compuesto de 14 capas de malla de acero, intercaladas

equitativamente en 28 capas de fibra de vidrio. Durante el

proceso de impregnado es necesario mantener en su lugar

las mallas ya que estas tienden a levantarse, lo que dificulta

el proceso de impregnación, esto se logra mediante prensas

ver fig. 5.

Figura 5- impregnación del estratificado

Una vez impregnado todo el estratificado, se coloca sobre

esta otra placa de madera con su respectiva película de PVC,

colocando este conjunto entre dos placas de acero, a las

cuales se le aplica una presión de 368 kPa mediante una

prensa hidráulica, y se procede a atornillar las placas

metálicas (fig. 6), con el fin de mantener la presión

constante, se deja curar por 18 horas, ya que haya

transcurrido el tiempo de curado se realiza el desmolde de la

placa (fig. 7).

Figura 6-compactación del MCH-AVE, mediante prensa hidráulica

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Figura 7- placa de MCH-AVE

2.3. Caracterización Física del MCH-AVE

2.3.1. Medición de la densidad

La medición de la densidad se llevó acabo por medio de un

ensayo hidrostático, de acuerdo a la norma ASTM 3800-99,

[9] la cual se basa en el principio de Arquímedes, que

establece que cuando un objeto se sumerge total o

parcialmente en un líquido, éste experimenta un empuje

hidrostático Fh hacia arriba igual al peso del líquido

desalojado. Para esta prueba se elaboraron probetas de 25 x

25 mm de las cuales se obtuvo el peso de cada una de ellas

en el aire wprob y el peso de las probetas sumergidas en un

líquido de referencia lb, estas medidas fueron obtenidas

mediante el uso de una balanza analítica, la cual cuenta con

una resolución de 0.0001 gf, adaptada a una máquina de

ensayos universal ver fig. 8.

Fig. 8-arreglo de la balanza y prensa, para la obtención del empuje

hidrostático

Ya con los valores obtenidos del peso de cada una de las

probetas, se obtuvo el empuje hidrostático mediante la ec. 1.

bprobh lwF (1)

Después de obtener el valor del empuje hidrostático, se

obtuvo el volumen de la probeta vprob mediante la ec. 2.

lr

hprob

Fv

(2)

Donde lr es el peso específico del líquido de referencia,

que para este caso fue agua destilada, la cual tiene un peso

específico de 0.9982 gf/cm3 (a 20 °C). Por último, la

densidad del material se obtuvo mediante la ec. 3, los

resultados son mostrados en la tabla 2.

prob

prob

probv

gw (3)

Tabla 2-resultados de las densidades obtenidas.

probeta wprob

(gf) lb

(gf)

Fh

(gf)

lr

(gf/cm3)

Vprob

(cm3)

prob

(g/cm3)

1 8.7799 4.3278 4.4521 1.0000 4.4521 1.9721

2 8.7623 4.2084 4.5539 1.0000 4.5539 1.9241

3 9.0899 4.3616 4.7283 1.0000 4.7283 1.9224

4 8.9923 4.2754 4.7169 1.0000 4.7169 1.9064

5 8.6873 4.2198 4.4675 1.0000 4.4675 1.9446

promedio 8.8623 4.2786 4.5837 1.0000 4.5837 1.9339

Desviación

estándar 0.1704 0.0665 0.1326 0.0000 0.1326 0.0253

Coeficiente

de variación 0.0192 0.0155 0.0289 0.0000 0.0289 0.0131

2.3.2. Obtención de fracciones volumétricas

Estas mediciones se llevaron acabo de acuerdo con la norma

ASTM D 2584-68 [10] y ASTM 2734-09 [11]. El objetivo

de esta prueba es obtener las fracciones volumétricas de cada

constituyente, mediante el método de incineración de resina

(matriz). Para estas pruebas se utilizaron las mismas

muestras utilizadas en la medición de la densidad. Las

probetas previamente encapsuladas en papel aluminio, con

el fin de disminuir el proceso de oxidación de la malla de

acero, fueron introducidas en un horno mufla, a una

temperatura de 500 °C por un lapso de 2 horas, con el fin de

eliminar la matriz del material compuesto, una vez

desintegrada la matriz, se obtuvo el peso de la fibra de vidrio

wf y la malla de acero wacero, el peso de la matriz fue

obtenido mediante la ec. 4.

acerofprobr wwww (4)

Una vez obtenido el peso de los constituyentes y

conociendo las densidades de cada uno, se obtiene el

volumen de la matriz vr, de la fibra de vidrio vf, y de la malla

de acero vacero. La fracción volumétrica de la matriz Vr, de

la fibra de vidrio Vf, y de la malla de acero Vacero, son

obtenidos dividiendo el volumen del constituyente entre el

volumen de la probeta vprob, así mismo la fracción

volumétrica de porosidad se obtiene mediante la ec. 5. En

la tabla 3 se muestran los resultados obtenidos en esta

prueba.

acerofrporosidad VVVV 1 (5)

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Tabla 3-fraciones volumétricas de cada uno de los constituyentes del

compósito.

probeta Vr Vf Vacero Vporosidad

1 67.3417 9.2672 17.9100 5.4810

2 67.1088 8.9101 17.2358 6.7452

3 69.0984 8.7612 16.7154 5.4251

4 67.9571 8.7305 16.7042 6.6081

5 67.8155 8.9105 17.7114 5.5626

promedio 67.8643 8.9159 17.2554 5.9644 Desviación

estándar 0.7710 0.2132 0.5550 0.6538 Coeficiente de

variación 0.0114 0.0239 0.0322 0.1096

2.4. Caracterización mecánica

2.4.1. Pruebas exploratorias de impacto balístico

Para la realización de esta prueba, se seleccionó una placa

de MCH-AVE, de manera aleatoria, el objetivo de esta

prueba es evaluar el comportamiento del MCH-AVE frente

a este tipo de solicitaciones.

La placa de MCH-AVE se sometió a pruebas de impacto

balístico en un hangar de tiro, con proyectiles calibre 7.62 x

51 mm OTAN, este proyectil cuenta con un núcleo de plomo

antimoniado y revestimiento de latón, cuenta con una

geometría ojival y una masa de 9.6 g (ver fig. 9), la velocidad

del proyectil al instante del impacto fue de 832 m/s y la

energía cinética de impacto fue de 3320 J.

Figura. 9-cartucho calibre 7.62X62 mm OTAN

Las pruebas se realizaron conforme a lo estipulado en la

NOM-142-SCFI-2000 [12], la cual establece las

especificaciones para este tipo de pruebas. Fueron

efectuados tres impactos con una separación de 12 cm entre

cada uno de ellos, la distancia entre el cañón del arma y la

placa fue de 15 m ver fig. 10.

Figura. 10-placa de MCH-AVE antes de ser impactada

En la figura 11 se puede observar los tres impactos

efectuados en la placa, y en la cual se observa que, si bien

los tres proyectiles perforaron la placa, la zona dañada por

cada impacto está focalizada en un área muy pequeña, sin

embargo, se observa interacción con el material.

Figura. 11-placa de MCH-AVE después de ser impactada

2.4.2. Pruebas de tensión

Se realizaron pruebas de tensión en probetas del MCH-

AVE, con el fin de obtener su resistencia última. Estas

pruebas se realizaron de acuerdo a la norma ASTM D3039

[13], la cual establece el método estándar para ensayos de

tracción en materiales compuestos de matriz polimérica.

Para este ensayo se obtuvieron probetas de 25 x 250 mm, las

cuales tienen un espesor de 10 mm, en la figura 12 se

muestra la gráfica esfuerzo-deformación obtenida de estas

pruebas.

Fig. 12-gráfica de esfuerzo/deformación del MCH-AVE después de

ser impactada

2.4.3. Caracterización de daño mediante rayos X.

La placa impactada fue analizada mediante rayos X, con el

fin de verificar si se produjo delaminación en el material, sin

embargo, este método arrojo resultados parcialmente útiles,

como se puede apreciar en la fig. 13.

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Figura 13-imagen obtenida de las pruebas de rayos X

2.4.4. Análisis de la sección longitudinal, por contraste de

luz UV.

Para el análisis de la sección longitudinal, mediante

contraste por luz UV, se obtuvieron rebanadas de

aproximadamente 4 mm de espesor en la zona perforada,

estas se colocaron frente a una pantalla de luz ultravioleta,

con el fin de verificar si el impacto ocasiono delaminación

en el material, sin embargo, el material no presenta

delaminación aparente, salvo en una zona muy pequeña

como se puede apreciar en las figs. 14-15.

Figura 14-análisis del daño por contraste de luz UV

Figura 15-delaminación en la zona de impacto

2.4.5. Evaluación de la eficiencia del MCH-AVE, para

disipar energía

De acuerdo a los trabajos realizados por Nunes et al, en el

2004 [14], se establece una relación entre el área del cráter

y el comportamiento del material frente a impactos

balísticos (isotrópico o anisotrópico), para lo cual utilizo la

relación de Feret y el factor de circularidad, el cual está

definido por la ec. 6, siendo A, el área del cráter y Fmax la

longitud máxima del cráter

2

4

F

ArcularidadFactordeci

(6)

Así mismo, la relación de Feret está dada por la ecuación

7, donde Fmin es la longitud mínima del cráter y Fmax es la

longitud máxima del cráter ver fig. 16.

max

min

F

FrmaFactordefo (7)

Figura 16- Parámetro de tamaños medidos para la caracterización de

cráteres

En ambas ecuaciones a medida que el resultado se

aproxima a 1 se considera que el material exhibe un

comportamiento isotrópico y entre más se aproxima a 0 se

considera que exhibe un comportamiento anisotrópico. Por

tanto, si el material presenta un comportamiento isotrópico

esto es un indicativo que la distribución de cargas es más

uniforme y por tanto absorbe de una forma más efectiva la

energía del impacto.

Así mismo Nunes et al, [14], también establecen la

relación que existe entre el área del cráter de entrada y de

salida del proyectil, ya que con dichos factores encontraron

que a medida que el área de entrada es más pequeña, el daño

en el material es menor, y a medida que el área del cráter de

salida crece con respecto al área del cráter de entrada del

proyectil, va a existir una mejor absorción de energía del

material.

Para este análisis se obtuvo la medición del área dañada

tanto de entrada como de salida del proyectil ver figs. 17(a)-

17(f), estas medidas se obtuvieron mediante el uso de un

software de uso libre (ImageJ).

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Figura 17-(a) cráter de entrada del impacto 1; (b) cráter de salida del

impacto 1; (c) cráter de entrada del impacto 2; (d) cráter de salida del

impacto 2; (e) cráter de entrada del impacto 3; (f) cráter de salida del

impacto 3

Los resultados obtenidos del análisis de las áreas dañadas,

se muestran en las tablas 4 y 5, y de acuerdo a estos

resultados se puede establecer que el MCH-AVE, exhibe un

comportamiento isotrópico, ya que tanto la relación de Feret

como el factor de circularidad arrojan resultados muy

próximos a 1.

Tabla 4-relación de Feret de cada impacto

Tabla 5-resultados del factor de circularidad y relación de áreas de

cada impacto

IMPACTO Entrada/salida Factor de

circularidad

Relación de

áreas

1 Entrada 0.8524

1.9221 Salida 0.8207

2 Entrada 0.9004

2.1955 Salida 0.8761

3 Entrada 0.7989

2.1200 Salida 0.7992

3. Conclusiones

Con base en los resultados obtenidos en cada una de las

pruebas, se puede concluir que las placas obtenidas a partir

del MCH-AVE, son potencialmente viables para ser

utilizadas como placa soporte en un sistema de protección

mixto, como se puede observar en los resultados, este

material cuenta con buena tolerancia al daño, buena

tenacidad ya que presenta una gran área bajo la curva

esfuerzo-deformación, las zonas dañadas son focalizadas, lo

que indica que puede recibir varios impactos sin que su

capacidad de protección se vea afectada de manera

considerable, su tendencia a la delaminación es mínima, así

mismo el MCH-AVE, presenta un comportamiento quasi-

isotrópico frente a impactos de alta velocidad como se puede

observar en las tablas 4 y 5, lo que indica que la distribución

de la carga es aproximadamente uniforme, por tanto absorbe

la energía de impacto de una forma eficiente, por último, de

acuerdo a los resultados que se muestran en la tabla 2, este

material presenta una baja densidad, factor importante, en

materiales destinados a aplicaciones aeronáuticas.

REFERENCIAS

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compuesto de matriz polimérica para la protección

contra proyectiles, trabajo de grado, Universidad EAFIT,

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mecánica de un compuesto laminado híbrido de matriz

polimérica reforzado con fibra de vidrio y acero (AVE),

tesis profesional, IPN, México, 2010.

[5] H. Ortiz, documento en redacción.

IMPACTO Entrada/sali

da

Fmax Fmin Relación

de Feret (mm) (mm)

1 Entrada 26.2560 23.1270 0.8808

Salida 37.0990 30.4270 0.8202

2 Entrada 27.4990 24.7740 0.9009

Salida 41.3080 37.1280 0.8988

3 Entrada 28.9160 23.4490 0.8109

Salida 42.0940 36.3640 0.8639

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