Comportamiento a la fractura de composites con matriz de poliestireno

Abstract

El objetivo de este trabajo se centra en la evaluación de las propiedades mecánicas de materiales poliméricos a altas velocidades de solicitación, planteándose para ello el uso de modelos no lineales y no conservativos que representen los procesos de flexión e indentación durante el impacto.<br/><br/>En esta línea, se plantean varios modelos consistentes en sistemas de muelles y amortiguadores capaces de representar el comportamiento de un material bajo condiciones establecidas, cuantificando las pérdidas de energía mediante el coeficiente de restitución. <br/><br/>Se ha obtenido la solución analítica en los modelos de flexión pura, y en aquellos que involucran procesos de indentación, dada la no linealidad del resorte hertziano, se recurre a la utilización del método numérico de Runge-Kutta de 4º orden para la resolución de los sistemas.<br/><br/>Para la comprobación de la funcionalidad de los modelos propuestos, se ha estudiado una serie de compuestos de matriz polimérica y fases dispersas tanto rígidas como elastoméricas. Con este fin se elaboraron varias mezclas de Poliestireno (PS) y Poliestireno de Alto Impacto (HIPS), algunas de ellas con adición de microesferas de vidrio. <br/><br/>Se han realizado ensayos de impacto de caída de dardo con cabezales semiesféricos y semicilíndricos, variando la velocidad de caída, la masa del impactor y la geometría del indentador. De igual forma, se ha llevado a cabo ensayos de trabajo esencial de fractura y tensión, correlacionando los resultados con los diversos comportamientos que los materiales registraron durante los ensayos de impacto.<br/><br/>Se ha comprobado la validez de determinados modelos y su capacidad para poder evaluar las propiedades mecánicas de los materiales estudiados y representar su comportamiento, siendo sensible el método la iniciación del daño dentro de los materiales.<br/><br/>Se concluye la viabilidad del método propuesto y su funcionalidad para la evaluación de materiales.

The objective of this work is centered in the polymeric materials mechanical properties evaluation at high deformation rates, proposing the use of non-linear and non-conservatives models, representing the indentation and flexure processes due the impact.<br/><br/>In this order, several models drawing with spring and dashpot systems able to represent the material behavior in the established conditions are proposed, measuring the energy lost with the restitution coefficient.<br/><br/>Analytical solutions for the pure flexions models had been obtained, and in the case of them involving indentation processes, due the non-linearity of the hertzian spring, the 4th order Runge-Kutta numeric method is used to solve the systems.<br/><br/>In order to prove the proposed models functionality, a polymer matrix composite with rigid and elastomeric dispersed phases had been studied. In this order, different Polystyrene and High impact polystyrene mixtures were elaborated, and glass bead was added in some series.<br/><br/>Falling weight impact test with semi spherical and semi cylindrical indenters had been realized, where the impact velocity, impactor mass and indenter geometry were changed. In the same way, essential work of fracture and tension tests had been made, establishing a correlation between the results with the materials performance registered during the impact test.<br/><br/>The validity and the mechanicals properties evaluation and behaviour representation capacity of some models had been prove, showing that the method is sensible to damage initiation inside the materials.<br/><br/>The proposed method viability and materials evaluation functionality was concluded.