Placas de espesor variable y placas agujereadas; daños intra y inter laminares

Los materiales compuestos laminados son de más en más usados en el sector de la aeronáutica y del espacial ya que juntan una pequeña densidad, buenas propiedades mecánicas (resistencia y rigidez elevadas) y una pequeña sensibilidad a la corrosión (fuselaje totalmente en materiales compuestos para el Boeing 787, y 52% de la estructura del Airbus A350 XWB). No obstante, esos materiales tienen el inconveniente de presentar modos de deterioración complejos que pueden sobrevenir mucho antes de la ruptura final y con los cuales la estructura tiene que cumplir sus funciones. El dimensionamiento clásico de las estructuras consiste en el cálculo de criterios de ruptura (en la industria, esfuerzos o deformaciones máximas, pero también los criterios de Hill o Tsaï-Wu). Sin embargo, estos criterios no tienen en cuenta la deterioración del material y de su influencia sobre la curva de comportamiento de la estructura. Así pues, es interesante de utilizar herramientas que tienen en cuenta los fenómenos de daño para dimensionar de la mejor manera posible las estructuras. Para eso, usaremos en este proyecto programas desarrollados en el marco de las actividades I+D de la empresa Medysys Air Espace: - DAMSTRAT, programa de análisis por elementos finitos especializado en el daño intra laminar (micro fisuras, descohesión fibra/matriz…) progresivo de los materiales compuestos que trabaja en calculo no linear, - CLEOPS (Composite Local Effects Of Plates & Shells), programa que permite calcular las tensiones 3D elásticas situadas sobre los bordes de una estructura, con un método asintótico y una resolución por elementos finitos acoplada con una resolución espectral. Utilizaremos este programa con el fin de estudiar los daños inter laminares o deslaminación (despegadura entre dos capas del material). El objetivo de este proyecto es estudiar los fenómenos de daño intra laminares con DAMSTRAT para geometrías particulares, representativas de formas industriales clásicas (placas de espesor variable, y placas agujereadas), y luego prever y localizar la iniciación de la deslaminación con CLEOPS, comprobando los resultados numéricos con los resultados de los ensayos. En ambas geometrías, tres estratificaciones del material han sido estudiadas. Para la primera geometría, dos configuraciones (representativas de las configuraciones que se puede obtener en la industria) han sido estudiadas. Este estudio permite comparar cómo se comporta el daño intra laminar en ambos casos, de analizar en que configuración son las probetas de los ensayos y de determinar la cual es la más sensible a la deslaminación. Los resultados han mostrado que la configuración “vacio” es la más propicia al daño intra laminar y a la deslaminación, y que no deslaminación aparecía en ambos casos. Para la segunda geometría, la iniciación de la deslaminación ha sido prevista con una precisión entre 10% y 20%, y las zonas de deslaminación han sido determinadas. Un estudio complementario podría ser realizado utilizando un criterio de deslaminación basado sobre los fenómenos de creación de la deslaminación para obtener resultados más precisos (el criterio tipo “cuadrático” usado en este proyecto puede ser inoperante en ciertos casos).