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• Dani Amuza

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PROBLEMAS MATERIALES COMPUESTOS –RESULTADOS– 1.

Cálculos preliminares: Vf = 0,60; Vm = 0,40 Emín (para estudio) = 174,11 GPa; máx (para estudio) = 1,923 g/cm3 a) Puesto que en las dos opciones alternativas el refuerzo es más denso que la matriz, minimizaremos masa (densidad) utilizando la mínima cantidad posible de refuerzo. Pero, dado que hay un requisito mecánico, eso limitará la mínima cantidad de refuerzo con la que trabajar Poliéster y fibra de carbono, con un 75,16% en volumen de fibra ( = 1,76 g/cm3) b) Puesto que en las dos opciones alternativas el refuerzo es más caro que la matriz, minimizaremos precio utilizando la mínima cantidad posible de refuerzo. Pero, dado que hay un requisito mecánico, eso limitará la mínima cantidad de refuerzo con la que trabajar Poliéster y fibra de carbono, con un 75,16% en volumen de fibra (0,043 €/cm3)

2.

a) Epoxi/Fibra Vidrio: E = 32,1 GPa Epoxi/Fibra Carbono: E = 102,1 GPa Epoxi/Fibra Kevlar: E = 62,1 GPa b) Epoxi/Fibra Vidrio: A = 573,01 mm2 Epoxi/Fibra Carbono: A = 180,15 mm2 Epoxi/Fibra Kevlar: A = 296,20 mm2 c) Epoxi/Fibra Vidrio: m = 1031,4 g; precio = 6,09 € Epoxi/Fibra Carbono: m = 273,1 g; precio = 3,00 € Epoxi/Fibra Kevlar: m = 402,8 g; precio = 2,38 € La viga más ligera corresponderá a la combinación de Epoxi con Fibra de Carbono. La viga más económica corresponderá a la combinación de Epoxi con Fibra de Kevlar

3.

a) Epoxi/Fibra Vidrio:  = 0,709 g/cm3 Epoxi/Fibra Carbono:  = 0,144 g/cm3 Epoxi/Fibra Kevlar:  = 0,319 g/cm3 El mejor efecto impulsor se conseguirá con el refuerzo de Fibra de Vidrio b) Epoxi/Fibra Vidrio: y = 57,1 cm → No es viable Estudiaríamos la siguiente opción, por flexibilidad específica (Fibra Kevlar). Epoxi/Fibra Kevlar: y = 35,0 cm → Es viable c) Epoxi/Fibra Vidrio:  = 754,4 MPa Puesto que la tensión de servicio que soporta el trampolín es de 114,3 MPa, el material es capaz de soportar esa situación de uso sin problemas

4.

a) Acero: t = 5,70 mm GFRP: t = 47,90 mm CFRP: t = 9,58 mm b) Acero: m = 88,96 Kg GFRP: m = 182,02 Kg CFRP: m = 36,40 Kg La viga más ligera se obtendrá con el CFRP c) Acero: precio = 47,15 € GFRP: precio = 2730,32 € CFRP: precio = 1092,13 € La viga más ligera correspondería al Acero

5.

Puesto que en las diferentes combinaciones el refuerzo es más caro y más denso que la matriz, minimizaremos el precio o la masa (densidad) utilizando la mínima cantidad posible de refuerzo. Pero, dado que hay un requisito mecánico a cumplir (Emín = 53,05 GPa), eso limitará la mínima cantidad de refuerzo con la que trabajar: VFV,min: 0,694 (superaría el contenido máximo en fibra admisible) VFC,min: 0,202 (dentro del límite máximo en fibra admisible) VFK,min: 0,364 (dentro del límite máximo en fibra admisible) a) El tensor más económico será el de fibra de Kevlar, y pesará 21,44 g b) El tensor más liviano será el de fibra de Kevlar, y costará 0,14 €

6.

a) La flexión supone una acción mecánica de tipo longitudinal, por tanto, será más efectiva la disposición de las fibras en sentido paralelo a esta dirección; es decir, la configuración B b) Será más adecuado el material que permita una mayor rigidez específica. Asumiendo que las dimensiones de la pieza son independientes de la composición del material, será el material con el mayor valor de la relación módulo / densidad. En este caso, matriz epoxi + 35% en volumen de fibras de carbono c) Ec = 103,74 GPa c = 1,51 g/cm3 d) y = 9,25 mm