Laminats de material compost en la indústria aeronàutica

L'ús de laminats de material compost en la indústria aeronàutica s'ha vist incrementat significativament en els darrers anys, degut entre altres motius a l'elevat rati entre el seu mòdul de rigidesa o resistència respecte el seu pes. Malgrat aquests avantatges, un dels principals desavantatges d'aquests tipus de materials és la seva baixa resistència a l'impacte, cosa que pot arribar a comprometre la seva capacitat de càrrega. Les parts impactades, i.e., cos de l'aeronau, s'han d'enviar a laboratoris i tallers per tal de ser revisades i avaluar-ne el dany causat, el que comporta un procés car tant en diners com en temps. Això no obstant, el procés d'inspecció de les parts impactades pot ser eliminat si es pot comptar amb una eina d'escalat fiable per a la predicció del dany intern en parts reals impactades a través de l'assaig de petites provetes en el laboratori.
Així, el principal objectiu d'aquesta tesi és el d'aconseguir una eina d'escalat fiable per a predir la resposta d'estructures de compòsit sota càrregues fora del pla mitjançant l'assaig de petites provetes. Aquest objectiu global no es podria assolir sense comprendre els mecanismes de dany i la seva seqüència en els materials compostos laminats sota càrregues fora del pla. L'objectiu principal de la tesi s'ha assolit considerant tres sub-objectius diferents.
El primer sub-objectiu se centra a comprendre els mecanismes de dany i la seva seqüència en laminats de material compost fets amb làmines de diferent gruix. Malgrat que els mecanismes de dany són pràcticament els mateixos en tots els casos independentment del gruix de capa, la interacció entre aquests mecanismes sí que canvia segons el gruix de capa.
El segon sub-objectiu es centra a comprendre la influència dels paràmetres de disseny dels laminats, angle de desfasament entre capes i gruix de capa, en la resposta de compòsits laminats a càrregues fora del pla.
En el tercer sub-objectiu es va simular el problema del contacte entre un indentador esfèric rígid i una placa de compòsit mitjançant un model axisimètric 2D implementat en un programari comercial. Es va dur a terme una anàlisi paramètric de forma numèrica per tal d'analitzar l'efecte dels diferents paràmetres en la resposta força indentació. Mitjançant la normalització i l'ajust dels resultats de les simulacions numèriques es va poder derivar dues equacions per predir la resposta d'un laminat ortotròpic de gruix finit en contacte amb un indentador esfèric rígid sota dues condicions de contorn (completament suportat i suport buit).
Finalment, l'eina d'escalat per a la predicció de la resposta d'estructures de material compost sota càrregues fora del pla s'implementa en dos passos. Es considera l'efecte d'escalar els paràmetres geomètrics, com ara les dimensions en el pla I forma, el gruix del laminat, el gruix de capa i el radi de l'indentador. Aquest procés d'escalat es realitza d'acord amb els resultats presentats en aquesta tesi i d'altres resultats experimentals disponibles en la literatura. En conseqüència, és possible predir la resposta de grans panells o estructures de compòsit mitjançant l'assaig experimental de petites provetes.

Lectura de la tesi: 28/05/2018, Auditori de l'Escola Politècnica Superior I