Tasa de liberación de energía G
Las tasas de liberación de energía desempeñan un papel importante como valores característicos de la mecánica de fractura en la caracterización de los compuestos de fibra.
La tasa de liberación de energía interlaminar G es un parámetro utilizado en la ciencia de los materiales, especialmente en el campo de los materiales compuestos, para cuantificar la propagación de grieta entre las distintas capas de un laminado compuesto. Indica cuánta energía se necesita por unidad de superficie para generar una grieta entre las láminas. Esto es de gran interés, ya que ayuda a predecir y controlar la propagación de grietas y, por tanto, la integridad estructural en el desarrollo y la evaluación de materiales compuestos y estructuras.
Para determinar la tasa de liberación de energía interlaminar se emplean los siguientes métodos de ensayo:
- Mode I en forma de Double Cantilever Beam (DCB Test) nach ASTM D5528 - Crecimiento de la grieta debido a la carga de tracción normal a la superficie de la grieta / apertura de la grieta
- Modo II generalmente en el ensayo ENF (End Notch Flexure) según ASTM D7905 - Crecimiento de grieta por carga de cizalladura en la sección transversal del laminado
- El ensayo Mixed Mode Bending Test (MMB Test) permite el análisis simultáneo del crecimiento de grieta en Modo I y Modo II y, por tanto, ofrece la ventaja de simular condiciones de propagación de grietas más realistas en materiales y estructuras, lo cual es más relevante en muchas aplicaciones prácticas que la consideración aislada del Modo I o Modo II.
Normas Mode I Mode II Mixed Mode I/II Descargas Solicitar asesoramiento
Métodos normalizados para determinar la tasa de liberación de energía Gc
Los métodos de ensayo definidos en las Normennormas para determinar la tasa de liberación de energía proporcionan información sobre la energía por unidad de superficie necesaria para propagar una grieta en un cuerpo de probeta definido. El resultado es un valor que describe la sensibilidad de propagación de la grieta de un laminado. Durante la medición, se diferencia por el tipo de solicitación:
| Mode I* | Modo II | Modo II | Mixed Mode I/II | |
|---|---|---|---|---|
| Dispositivo de ensayo | Double Cantilever Beam Test (DCB Test) | End Notch Flexure Test (ENF Test) | Calibrated End Loaded Split Test (C-ELS Test) | Mixed Mode Test (MMB-Test) |
| Tipo de solicitación |
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| Normas |
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* El modo I es el más aplicado
Mode I Ensayo Double Cantilever Beam ASTM D5528, ISO 15024, EN 6033
Las tasas de liberación de energía en el modo I se suelen determinar con el montaje de ensayo DCB (Double Cantilever Beam) según las normas ASTM D5528, EN 6033 e ISO 15024. Los procedimientos de ensayo y las valoraciones de los resultados se diferencian en función de la norma utilizada.
Probetas DCB:
- Una probeta para el ensayo Double Cantilever Beam (DCB) consiste en dos vigas (voladizos) dispuestas paralelamente entre sí, que están conectadas en sus extremos libres. Esta probeta de doble voladizo tiene una grieta en el plano de laminación, generada, p. ej., por una lámina de plástico, durante el laminado.
Preparación y realización del ensayo:
- En la preparación del ensayo se enganchan los bloques de carga sobre la probeta. Se cuelgan a través del orificio de conexión Ø 8 mm en el portaprobetas.
- A través de los bloques de carga se ejerce una fuerza de tracción. De esta forma, se genera una apertura de grieta.
- Durante el ensayo, la apertura de grieta se mide como desplazamiento del travesaño y se corrige en la cantidad de deformación del ala de la probeta. A partir de la integral de fuerza medida a lo largo de la deformación se calcula la energía empleada. La propagación de la grieta se registra visualmente en el lateral de la probeta.
- El usuario puede calcular manualmente la longitud de la grieta, y observa con una lupa la superficie lateral marcada de la probeta.
- El seguimiento visual de grietas con la opción de grabación de vídeo permite obtener resultados de medición reproducibles mediante una evaluación posterior y precisa de la secuencia de ensayo en el vídeo. Para ello, se emplean lupas digitales que se desplazan a lo largo del cuerpo de la probeta a medida que se propaga la grieta y registran un vídeo durante la medición. Este vídeo se sincroniza fotograma a fotograma con la curva de medición, de modo que el ensayo se puede verificar y corregir a posteriori si es necesario.
Grabación del webinar: G1C-Test Mode I
Para determinar la tasa de liberación de energía interlaminar G1c según el ensayo Double Cantilever Beam (DCB), la mayoría de las normas de ensayo requieren el registro sincrónico de fuerza, desplazamiento y extensión de fisura. Descubra cómo el sistema de grabación de vídeo de ZwickRoell simplifica el registro y la evaluación de datos para un ensayo DCB según ASTM D5528:
- Diferencias entre el ensayo DCB modo I y el ensayo ENF modo II (4:04)
- Normas importantes para el método de ensayo DCB Modo I (5:10)
- ¿Cómo funciona el ensayo DCB? (5:42)
- Probeta de ensayo DCB y preparación del ensayo (9:08)
- Configuración del ensayo (15:15)
- Realización del ensayo - demostración en directo (16:21)
- Preguntas y respuestas (31:48)
Mode II End Notch Flexure (ENF) Test ASTM D7905, EN 6034
Mode II, cizallamiento en plano, se mide a menudo en el ensayo ENF Test (End Notch Flexure).
Generalmente, los esfuerzos del modo II pueden generarse y medirse tanto en ensayo de tracción como de compresión con probetas entalladas.
La medición de la tasa de liberación de energía del Modo II está normalizada en ASTM D7905, EN 6034 como un ensayo de flexión, que se realiza como un ensayo de flexión de 3 puntos o, más raramente, como un ensayo de flexión de 4 puntos. En este caso, se emplean las tensiones de cizalladura que aparecen en el ensayo de flexión para propagar la grieta.
Los probetas se identifican con SENB (Single End Notch Bending) y también es un término válido ENF (End Notch Flexure). La medición de la flexión se realiza mediante el recorrido transversal (con corrección de la rigidez) o un transductor de desplazamiento, que se instala centrado.
El punto de inicio de la grieta se caracteriza por un máximo de fuerza. Al final de la medición, la probeta se enfría en nitrógeno líquido y posteriormente se rompe completamente para medir las superficies de rotura.
Mixed Mode Bending Test (MMB-Test) ASTM D6671
El ensayo Mixed Mode Bending Test (MMB Test) permite el análisis simultáneo del crecimiento de grieta en Modo I y Modo II y, por tanto, ofrece la ventaja de simular condiciones de propagación de grietas más realistas en materiales y estructuras, lo cual es más relevante en muchas aplicaciones prácticas que la consideración aislada del Modo I o Modo II.
- El ensayo de flexión en modo mixto (ensayo MMB) se describe en la norma ASTM D6671.
- La flexión en "modo mixto" puede medirse en laminados unidireccionales.
- La apertura de la grieta (Mode I) se produce a través de la aplicación de fuerza de tracción mediante bisagras. El cizallamiento paralelo al plano (Mode II) se genera mediante la solicitación de flexión. La proporción de apertura de grieta y cizallamiento se ajusta modificando el punto de aplicación de fuerza con el brazo de palanca. Va de la solicitación 100% del modo II hasta una superposición significativa del modo I.
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