Caracterización del comportamiento mecánico de un termoplástico reforzado con fibras
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2012
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Abstract
En este trabajo se realizó una caracterización del comportamiento mecánico a corto plazo de un material compuesto de polietileno de alta densidad con fibra de vidrio corta. Este material es utilizado en la fabricación de tubos mediante enrollamiento helicoidal. El objetivo fue desarrollar un modelo viscoelástico simple capaz de ser implementado en la industria para así mejorar el proceso de conformado del tubo y predecir su respuesta a cargas en el corto plazo. En la fase experimental se realizaron ensayos de tracción uniaxial carga-descarga a probetas longitudinales y transversales a tres velocidades de desplazamiento de travesaño distintas (10, 1 y 0.1 mm/min). También se obtuvieron imágenes SEM para confirmar que la orientación de las fibras en el polietileno preferentemente es en la dirección del flujo en el proceso de conformado.
De los resultados experimentales se propuso una ley constitutiva basada en el modelo de Maxwell que considera un cuerpo elástico transversalmente isótropo en serie con un elemento viscoso. Al analizar los datos experimentales, se desarrolló una ley de viscosidad logarítmica que define la viscosidad como función de la tasa de deformación total. Esta relación mejoró considerablemente el ajuste agregando sólo un parámetro, resultando un total de siete parámetros. La caracterización resultó bien, particularmente en la carga. Además, el método propuesto posee cuatro cualidades que lo acercan a la industria: requiere probetas en sólo dos direcciones; requiere al menos dos velocidades de ensayo; la función utilizada en el método de los mínimos cuadrados es lineal y; una vez conocidas las propiedades de la lámina se pueden determinar las propiedades de cualquier laminado. Respecto a la simulación del ensayo de flexión del tubo, se observó un buen ajuste entre los resultados numéricos y los experimentales en la curva carga-tiempo del punzón, captando bien la respuesta viscoelástica del material.
De los resultados experimentales se propuso una ley constitutiva basada en el modelo de Maxwell que considera un cuerpo elástico transversalmente isótropo en serie con un elemento viscoso. Al analizar los datos experimentales, se desarrolló una ley de viscosidad logarítmica que define la viscosidad como función de la tasa de deformación total. Esta relación mejoró considerablemente el ajuste agregando sólo un parámetro, resultando un total de siete parámetros. La caracterización resultó bien, particularmente en la carga. Además, el método propuesto posee cuatro cualidades que lo acercan a la industria: requiere probetas en sólo dos direcciones; requiere al menos dos velocidades de ensayo; la función utilizada en el método de los mínimos cuadrados es lineal y; una vez conocidas las propiedades de la lámina se pueden determinar las propiedades de cualquier laminado. Respecto a la simulación del ensayo de flexión del tubo, se observó un buen ajuste entre los resultados numéricos y los experimentales en la curva carga-tiempo del punzón, captando bien la respuesta viscoelástica del material.
Description
Tesis (Magíster en Ciencias de la Ingeniería)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2012