Análisis de la Absorción de Energía en Compuestos Termoplásticos Sometidos a Impacto de Baja Velocidad
Un estudio experimental que cuantifica la capacidad de disipación de energía en laminados termoplásticos y evalúa su integridad estructural tras eventos de impacto.
La demanda de materiales ligeros y resistentes en sectores como la automoción y la aeronáutica ha impulsado la investigación de polímeros reforzados con fibras. Este estudio se centra en compuestos de matriz termoplástica (PEEK reforzado con fibra de carbono) y su comportamiento frente a impactos de baja velocidad, similares a los encontrados en operaciones de mantenimiento o pequeños accidentes.
La metodología incluyó la fabricación de paneles laminados mediante consolidación en caliente y su posterior sometimiento a ensayos de impacto con péndulo Charpy instrumentado. Se midió la fuerza, la energía absorbida y la deformación máxima para cada probeta. Los resultados se correlacionaron con análisis de microfotografía electrónica de barrido (SEM) de las zonas dañadas.
Se observó un mecanismo de fallo predominantemente por delaminación y fractura de fibras. La energía absorbida mostró una dependencia directa con el ángulo de orientación de las fibras en las capas adyacentes. Las configuraciones con secuencias [0/90]s presentaron una mayor tenacidad a la fractura en comparación con las unidireccionales.
La curva fuerza-desplazamiento obtenida revela una región elástica lineal seguida de una meseta plástica extensa, indicativa de una buena capacidad de absorción. Este plateau se atribuye a la progresiva propagación de la delaminación y a la fricción entre las capas despegadas del material compuesto.
El coeficiente de restitución, calculado a partir de las velocidades pre y post-impacto, fue significativamente bajo (inferior a 0.3), confirmando que la mayor parte de la energía cinética se disipa en la generación y propagación de daño interno, en lugar de en la recuperación elástica del conjunto.
Las conclusiones apuntan a que el diseño de la secuencia de apilamiento es un parámetro crítico para optimizar la resistencia al impacto. Este trabajo proporciona datos valiosos para la simulación por elementos finitos de componentes estructurales sujetos a cargas dinámicas inesperadas.