Problemas de materiales compuestos

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Materiales de la industria Química
Guía de Problemas
Materiales compuestos

1) Las propiedades mecánicas del cobalto mejoran agregándole partículas diminutas de
Carburo de tungsteno (WC). Sabiendo que los módulos de elasticidad de estos materiales son 2,0 x 105 MPa y 7,0 x 105 respectivamente, a) represente el módulo de elasticidad frente al porcentaje de volumen de WC en Co desde 0 a 100%, utilizando las expresiones de los límites superior e inferior.
b) Escriba la expresión de la ordenada al origen y la pendiente para la función que define el límite superior de la propiedad.
a)
Emax=Ewc ·Vwc+Eco ·Vco
Emin=((Ewc ·Eco)/(Ewc· Vco+Eco ·Vwc))
EWC x 10^5
MPa= 7

Vwc

Eco x 10^5
MPa= 2

Vco
0
0,1
0,3
0,5
0,7
0,9
1
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Si la fracción de volumen de fibra es 0,3: determine los módulos de elasticidad de la matriz y la fibra.
Utilizando las ec 17.10 para Elong y 17.16 para Etransversal
Despejando Em de 17.10 y reemplazando en en 17.16 se obtiene:

Donde x = E fibra. Resolviendo Ef=10,4 x 104 MPa
Y luego reemplazando en 17.10 se obtiene Em= 2.7x103

8) Un compuesto reforzado con fibra continua y alineada consta de 55% de volumen de matriz y 45% de fibra de aramida.
Mat
Módulo de elasticidad (E)
Resistencia a la tracción
[MPa]
(σ) [MPa]
5
Fibra de aramida
1,3 x 10
3500
3
Epoxi
2,4 x 10
55
Suponga que una pieza de este compuesto tiene un área de 480 mm2 y está sometida a una carga longitudinal de 53400 N.
a) ¿Qué indica E y σ de un material?
b) Calcule la relación de carga fibra-matriz.
c) Calcule las cargas soportadas por cada fase.
d) Calcule la magnitud de los esfuerzos.
e) Calcule la deformación experimentada por la pieza.
b) Ff/Fm = (Ef·Vf/Em·Vm) Ec 17.11 de W.D.Cállister Cienc. e Ing. de los Mat.
Ef/Em = 44,3
c) Ff + Fm = 53400N
Ef + Ef/44.3 =53400N

Ef= 52222N y Em= 1178N

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d) F = σ·A σm= Fm / Am = 1178 / (0.55 · 428 x 10-6m2) = 5 MPa σf= Ff / Af = 52222 / (0.45 · 428 x 10-6m2) = 271 MPa
e) Єc = Єf = Єm
Єf = σf / Ef
Єf = 52222N / (0,55 · 428 x 10-6m2 · 1,3 x 1011 Pa)= 1,71 x 10-3

9) a) Calcule la resistencia longitudinal de un compuesto de matriz

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