Un estudio numérico sobre los daños causados por rayos y la resistencia residual de los laminados de CFRP teniendo en...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Ingeniería Aeroespacial
• Mecánica computacional

Sus antecedentes:

• Los estudios numéricos sobre el daño por rayos de polímeros reforzados con fibra de carbono (CFRP) a menudo descuidan la delaminación, lo que afecta el análisis de la resistencia residual.
• La predicción precisa de los daños inducidos por rayos en los materiales compuestos de CFRP es fundamental para la seguridad aeroespacial y la integridad estructural.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar y validar un modelo numérico acoplado electro-termo-mecánico para predecir la delaminación y los daños inducidos por rayos en los materiales compuestos de CFRP.
• Investigar la influencia de las cargas de entrada y las secuencias de apilamiento en la pirólisis interlaminar y la delaminación.
• Evaluar cuantitativamente el impacto de la delaminación en la resistencia a la compresión después de la huelga.

Principales métodos:

• Establecimiento de un modelo numérico electro-termo-mecánico acoplado que incorpore elementos de cohesión para simular la delaminación.
• Investigaciones paramétricas sobre cargas de entrada variables (amplitud de corriente, forma de onda) y secuencias de apilamiento de capas.
• Evaluación cuantitativa del daño basada en las cargas compresivas finales uniaxiales simuladas después del impacto.

Principales resultados:

• El modelo que incorpora la delaminación predijo una reducción del 28,91% en la resistencia a la compresión, alineándose estrechamente con los resultados experimentales (36,72%) en comparación con los modelos que descuidan la delaminación (21,12%).
• La delaminación térmica contribuye significativamente a la reducción de la resistencia a la compresión, especialmente bajo cargas térmicas y de ondas de choque combinadas.
• La forma de onda del rayo (C vs. D) influye en los mecanismos de daño; la forma de onda C requiere considerar los efectos térmicos del arco, mientras que la forma de onda D implica la carga de impacto y los efectos térmicos. La amplitud de corriente más alta y las secuencias de apilamiento simétrico empeoran el daño.

Conclusiones:

• El modelo desarrollado mejora la fidelidad multifísica mediante la integración de la delaminación térmica y la degradación mecánica.
• Los hallazgos ponen de relieve el papel crítico de la delaminación en los daños por rayos de CFRP, lo que hace necesario su inclusión en modelos numéricos.
• Esta investigación proporciona ideas fundamentales para optimizar la resistencia al impacto del rayo en estructuras compuestas aeroespaciales avanzadas.