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Compuesto con estructura tipo sándwich

Panel de estructura sándwich compuesto utilizado para pruebas en la NASA

En la ciencia de los materiales , un compuesto con estructura tipo sándwich es una clase especial de materiales compuestos que se fabrica uniendo dos capas delgadas pero rígidas a un núcleo liviano pero grueso. El material del núcleo normalmente tiene poca resistencia, pero su mayor espesor le proporciona al compuesto tipo sándwich una alta rigidez a la flexión con una densidad general baja .

Las espumas con estructura de celdas abiertas y cerradas, como la polietersulfona , el cloruro de polivinilo , el poliuretano , las espumas de polietileno o poliestireno , la madera de balsa , las espumas sintácticas y los panales de abeja , son materiales básicos de uso común. A veces, la estructura de panal de abeja se rellena con otras espumas para mayor resistencia. También se pueden utilizar como materiales básicos espumas metálicas de celdas abiertas y cerradas .

Como materiales de revestimiento se utilizan ampliamente laminados de termoplásticos reforzados con fibra de vidrio o de carbono o, principalmente, polímeros termoendurecibles ( poliésteres insaturados , epoxis , etc.). En algunos casos, también se utiliza chapa metálica como material de revestimiento.

El núcleo se une a las pieles con un adhesivo o con componentes metálicos mediante soldadura fuerte.

Diagrama de un sándwich compuesto ensamblado (A), y sus láminas o revestimientos constituyentes (B) y el núcleo de nido de abeja (C) (alternativamente: núcleo de espuma)

Historia

A continuación se ofrece un resumen de los avances más importantes en estructuras tipo sándwich. [1]

Tipos de estructuras tipo sándwich

El material compuesto de metal (MCM) es un tipo de sándwich formado a partir de dos capas delgadas de metal unidas a un núcleo de plástico en un proceso continuo bajo presión, calor y tensión controlados. [3]

El papel reciclado también se utiliza ahora sobre un núcleo de panal de abeja de kraft reciclado de celdas cerradas, lo que crea un tablero compuesto ligero, resistente y totalmente repulpable. Este material se utiliza para aplicaciones que incluyen expositores en puntos de venta, mamparas, mobiliario de oficina reciclable, stands de exposiciones, separadores de paredes y tableros para terrazas. [4]

Para la fijación de los distintos paneles, entre otras soluciones, se suele utilizar una zona de transición, que consiste en una reducción gradual de la altura del núcleo, hasta que las dos capas de fibra quedan en contacto. En este lugar, la fijación se puede realizar mediante tornillos, remaches o adhesivo.

Con respecto al tipo de núcleo y la forma en que el núcleo soporta las pieles, las estructuras sándwich se pueden dividir en los siguientes grupos: con soporte homogéneo, con soporte local, con soporte regional, con soporte unidireccional, con soporte bidireccional. [5] El último grupo está representado por la estructura de panal que, debido a una relación óptima entre rendimiento y peso, se utiliza normalmente en las aplicaciones más exigentes, incluida la aeroespacial .

Propiedades de las estructuras tipo sándwich

La resistencia del material compuesto depende en gran medida de dos factores:

  1. Las capas exteriores: si el sándwich se apoya en ambos lados y luego se tensiona mediante una fuerza descendente en el medio de la viga, entonces el momento de flexión introducirá fuerzas de corte en el material. Las fuerzas de corte dan como resultado que la capa inferior esté en tensión y la capa superior en compresión. El material del núcleo separa estas dos capas. Cuanto más grueso sea el material del núcleo, más fuerte será el compuesto. Este principio funciona de manera muy similar a una viga en I. [6]
  2. La interfaz entre el núcleo y la piel: debido a que las tensiones de corte en el material compuesto cambian rápidamente entre el núcleo y la piel, la capa adhesiva también experimenta cierto grado de fuerza de corte. Si la unión adhesiva entre las dos capas es demasiado débil, el resultado más probable será la delaminación. La falla de la interfaz entre la piel y el núcleo es crítica y el modo de daño más común. La propensión de este daño a propagarse a través de la interfaz o a penetrar en la piel o el núcleo está determinada por el componente de corte. [7]

Aplicación de estructuras tipo sándwich

La estructura compuesta en forma de panal de una tobera de helicóptero

Las estructuras sándwich se pueden usar ampliamente en paneles sándwich , con diferentes tipos, como el panel sándwich FRP, el panel compuesto de aluminio , etc. El panel de nido de abeja compuesto reforzado con poliéster FRP (panel sándwich) está hecho de plástico reforzado con poliéster, fibra de vidrio multiaxial de alta resistencia y panel de nido de abeja PP en un molde especial con patrón de banda de rodadura antideslizante a través del proceso de adsorción al vacío a temperatura constante y aglutinación y solidificación.

Teoría

La teoría de sándwich [8] [9] describe el comportamiento de una viga , placa o carcasa que consta de tres capas: dos láminas frontales y un núcleo. La teoría de sándwich más utilizada es lineal y es una extensión de la teoría de vigas de primer orden . La teoría de sándwich de pandeo local lineal es importante para el diseño y análisis de placas sándwich o paneles sándwich , que se utilizan en la construcción de edificios, la construcción de vehículos, la construcción de aviones y la ingeniería de refrigeración.

Véase también

Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Panales compuestos .

Referencias

  1. ^ EconHP Holding – Historia sin Flash /index.php Archivado el 18 de julio de 2011 en Wayback Machine . Econhp.de. Consultado el 6 de septiembre de 2012.
  2. ^ Cutler, John Henry; Koppel, Ivan; Liber, Jeremy (10 de febrero de 2006). Understanding Aircraft Structures (Comprensión de las estructuras de las aeronaves ). Blackwell Publishing Limited. pág. 14. ISBN 1-4051-2032-0.
  3. ^ Flanagan, Jim (2007). "El mundo de posibilidades de construcción creado por MCM y paneles metálicos aislados". Metal Construction News . 28 (10).
  4. ^ "WPC Terrassendielen" (en alemán). 1 de enero de 2023.
  5. ^ "Clasificación de paneles sándwich (por tipo de núcleo)". EconCore.com . Consultado el 7 de octubre de 2014 .
  6. ^ Gere, James M (2004). Mecánica de materiales . Thomson Brooks/Cole. págs. 393–463. ISBN 0-534-41793-0.
  7. ^ Saseendran, Vishnu (2017). Caracterización y análisis de fracturas de materiales compuestos sándwich desprendidos. Universidad Técnica de Dinamarca. ISBN 978-87-7475-524-1.
  8. ^ Plantema, F, J., 1966, Construcción tipo sándwich: flexión y pandeo de vigas, placas y láminas tipo sándwich , Jon Wiley and Sons, Nueva York.
  9. ^ Zenkert, D., 1995, Introducción a la construcción tipo sándwich , Engineering Materials Advisory Services Ltd, Reino Unido.

Enlaces externos