1. Antecedentes de la investigación

Los compuestos sándwich reforzados estructuralmente con espaciadores tejidos WSRS se utilizan ampliamente en amortiguadores en aviación, transporte y construcción debido a sus características de absorción de energía, peso ligero y alta resistencia a la delaminación.

La estructura sándwich WSRS es compleja y faltan métodos efectivos para caracterizar su capacidad de carga y el proceso de falla en la dirección de la urdimbre (WSRS-WA) y la dirección de la trama (WSRS-WE) bajo carga mecánica.

2. Resumen de la investigación

Los investigadores del Centro de Innovación en Tecnología Textil y de Confección de HBKU utilizan tecnología de emisión acústica (AE) para capturar la energía de deformación liberada por el daño bajo la carga mecánica de WSRS con diferentes especificaciones de altura (ver 3.1 para más detalles), y luego utilizan la tecnología de correlación de imágenes digitales (DIC) para observar en tiempo real el patrón de daño del área dañada, así como la imagen de los efectos sinérgicos de la capa superficial, la pila central y el material de espuma, y para analizar las propiedades mecánicas, los parámetros de las señales de AE y los gráficos de deformación, y estudiar para verificar el mecanismo de daño durante la carga de flexión.

3. Materiales y equipos de investigación

3.1 Preparar seis WSRS de diferentes tamaños y propiedades mecánicas para ser utilizados como especímenes estándar experimentales.

3.2 Equipo de detección de Emisión Acústica (AE), amplificador de 40 dB, dos transductores RS-2A para capturar seis señales de AE para análisis de daños y determinación de mecanismos de falla del WSRS.

3.3 Equipo de medición de campo de deformación por correlación de imágenes digitales (DIC), que captura la deformación de campo completo en la dirección WA, WE de la muestra, para restaurar el proceso de daño dinámico de WSRS y estudiar el mecanismo de respuesta de flexión.

3.4 Máquina de resistencia de material universal, prueba de flexión de tres puntos para WSRS, norma de prueba consulte ISO 1209-1-2007(E).

3.5 Microscopio electrónico de barrido, para analizar la falla final del WSRS, para verificar las conclusiones del análisis de la señal AE y el análisis de deformaciones de correlación de imágenes digitales (DIC).

4. Validación del estudio de correlación de imágenes digitales (DIC)

Se seleccionó la región media de los seis WSRS (ver Figura 2) para el análisis DIC para obtener los cambios de deformación local entre el núcleo y la espuma, y los WSRS se monitorearon en tiempo real utilizando microdeformación lagrangiana para comparar las tendencias de la microdeformación promedio de los seis WSRS a lo largo del tiempo (ver Figura 3).

La comparación revela que WSRS-2 y WSRS-4 tienen la misma trayectoria de deformación, lo que indica que la deformación por compresión es mayor que la deformación por tracción, pero la microdeformación es más abrupta que la de WSRS-4, lo que sugiere que WSRS-2 produce más daño por cizallamiento. El mecanismo de daño de WSRS-6 no es obvio, con un estado de carga estable y una variación lineal de la microdeformación promedio, y las deformaciones meridionales de WSRS-6-WA y latitudinales de WSRS-6-WE La tendencia es diferente, y la microdeformación promedio de WA en la dirección de la deformación exhibe la misma deformación por compresión que la de WSRS-4. La dirección latitudinal muestra una deformación por tracción obvia.

Para observar más a fondo las tendencias de deformación durante la carga de los seis WSRS, se seleccionaron mapas de deformación para caracterizar los modos de falla en seis puntos de tiempo diferentes, utilizando 20 segundos como nodo. La región azul indica la deformación por compresión y la región roja indica la deformación por tracción causada por el cambio en tiempo real de los valores de microdeformación. Las figuras 4 y 5 muestran que la capa central, como el cuerpo de falla principal, falta durante la compresión de la espuma.

Según WSRS-WA (Fig. 4), la capa central se ve afectada principalmente por la deformación por tracción cuando la compresión hace que la capa superior se mueva. A medida que aumenta la altura, los gráficos de deformación muestran diferentes tendencias. En 60 segundos, la capa central de WSRS-2-WA no es lo suficientemente fuerte como para soportar la tensión, lo que hace que la deformación por compresión se desplace a la capa inferior, lo que luego hace que la deformación por compresión penetre a través de toda la capa central. Después de 120 segundos, la capa interna de WSRS-2-WA parece estar dañada y se produce una delaminación interfacial en la capa central. La deformación por compresión aparece en WSRS-4-WA a los 80 segundos y se extiende como una mariposa.

El WSRS-6-WA mostró una deformación por compresión a los 100 segundos, lo que indicó que la capa inferior se vio débilmente afectada por el efecto de tracción debido al factor de altura, que retrasó la transferencia de la deformación por compresión. La Figura 5 muestra que el WSRS-2-WE y el WSRS-4-WE tienen la misma tendencia de deformación que el WSRS-2-WA y el WSRS-4-WA, pero todos ellos son más tempranos que el último, con deformaciones por compresión que aparecen en el WSRS-2-WE a los 40 s y en el WSRS-4-WE a los 80 s, lo que indica que la destrucción general del WSRS-WE es más temprana que la del WSRS-WA. Después de los 80 s, la capa superior está fragmentada centralmente y la capa inferior se estira y parece faltar en el diagrama de deformación. Al mismo tiempo, el WSRS-6-WE también mostró una separación del pilote central (Fig. 5).

A diferencia de WSRS-2, WSRS-4 y WSRS-6-WA, WSRS-6-WE tiene deformaciones de tracción en ambos lados, lo que se debe al efecto de enlace del material de espuma y al efecto de transferencia de los pilotes del núcleo para aumentar la resistencia a la flexión.

5. Conclusión del estudio

Una combinación de la técnica de emisión acústica (AE) y el método de correlación de imágenes digitales (DIC) reveló el proceso de daño dinámico y la respuesta de flexión de los compuestos sándwich reforzados con estructura espaciadora tejida (WSRS).

Los resultados muestran que la deformación compresiva general de WSRS-WE es más temprana que la de WSRS-WA, y la región de falla es más prominente, lo que indica que el efecto sinérgico de la estructura del pilote central en WSRS-WE es mejor que el de WSRS-WA. Cuando se somete a tensiones de flexión, el WSRS tiene una mayor capacidad de carga en la dirección de la trama que en la dirección de la urdimbre, y exhibe una mejor integridad y capacidad de carga.