Validación de modelos de fisuras en placas de materiales compuestos por análisis de vibraciones

Abstract

Las estructuras construidas con materiales compuestos reforzados con fibras se utilizan con frecuencia en diferentes áreas de la ingeniería dado que exhiben excelentes propiedades mecánicas relacionadas a su elevada relación resistencia‐peso y rigidez‐peso y además tienen la posibilidad de ser diseñados de acuerdo con requerimientos específicos. Entre las diferentes tipologías estructurales, las placas laminadas son utilizadas comúnmente, ya sea solas o formando parte de estructuras más complejas. Sin embargo, estos materiales están expuestos a distintos tipos de daños como delaminación, fractura de las fibras o fisuras en la matriz. Estos daños disminuyen las propiedades mecánicas de las placas pudiendo terminar en una falla catastrófica de la estructura. Por lo tanto, es de interés estudiar el comportamiento de las placas con daño, para poder desarrollar luego metodologías eficientes de identificación de daño. La presencia de una fisura en una placa, en general, genera una disminución de la rigidez y por consiguiente una disminución de las frecuencias naturales y un cambio local en la forma de los modos de vibración. En vista de lo anterior, el objetivo de este trabajo es validar experimentalmente un modelo de placa con fisura mediante el estudio de las propiedades modales. Para ello, se obtienen resultados experimentales de placas de plástico reforzado con fibra de vidrio (PRFV) en estado íntegro (sin daño) y con dos configuraciones de daño distintas. Los modos de vibración y frecuencias naturales experimentales se comparan con valores numéricos obtenidos a partir de una formulación variacional de un modelo de placa debilitada, con la presencia de una línea con rótulas elásticas intermedia. El análisis se lleva a cabo utilizando la teoría clásica de placas laminadas (CLPT).