Caracterización de resistencia a impacto balístico en materiales compuestos de matriz polimérica a partir de propiedades mecánicas y ensayos QS-PST .

Abstract

En el presente trabajo se estudiaron materiales balísticos de matriz polimérica reforzados con fibras, empleando ensayos cuasi-estáticos de punzonado (QS-PST: Quasi-static Punch Shear Test), los cuales permiten predecir el comportamiento de este tipo de materiales (balísticos) al ser sometido a cargas de impacto. Para esto, fue necesario realizar la fabricación de 9 laminados de 3 tipos de tejidos diferentes (Volan, Wovenroving, K+C) y 3 espesores diferentes (4L, 7L, 13L) con resina epóxica, los cuales fueron sometidos a corte por chorro de agua para extraer las probetas necesarias en los ensayos. De forma complementaria también se evaluaron probetas de tracción de cada laminado para analizar el comportamiento de las propiedades mecánicas (Módulos de elasticidad y esfuerzos últimos de tracción) de los mismos en función del espesor. Adicionalmente se realizó un análisis dimensional del fenómeno de impacto para encontrar relaciones entre las diferentes variables que intervienen (grupos adimensionales) en éste, logrando simplificar el análisis de la información obtenida mediante los ensayos cuasi-estáticos de punzonado. También se realizó un análisis de elementos finitos simulando 1 condición específica de los ensayos QS-PST para encontrar los factores “n” necesarios para la corrección de los valores de fuerza y desplazamiento máximo, utilizados para el cálculo de la energía total absorbida en los laminados. El material de mejor desempeño fue el laminado reforzado con fibra de K+C seguido de los laminados de Wovenroving y Volan respectivamente, presentando relaciones logarítmicas entre el límite balístico y algunos grupos adimensionales. Palabras claves: QS-PST, límite balístico, laminados, tejidos, análisis dimensional, Método de los elementos finitos.

Abstract: In the present work polymeric ballistic materials reinforced with fibers were studied, using Quasi-Static Punch Shear Tests (QS-PST), which allow to predict the behavior of this type of materials (ballistic) under impact loads. For this, it was necessary to manufacture 9 laminates, with 3 different types of fabrics (Volan, Wovenroving, K + C) and 3 different thicknesses (4L, 7L, 13L) with epoxy resin, which were subjected to water jet cutting to extract the test specimens needed in the tests. In a complementary way, the tensile tests specimens of each laminate was also evaluated, to analyze the behavior of the mechanical properties (Young’s moduli and ultimate stress) of this materials depending on the thickness. Additionally, a non-dimensional analysis of impact phenomenon was performed to find relationships between the different variables (dimensionless groups) that are present in this, achieving simplification of the analysis of the information obtained through the quasi-static Punch Shear Tests. A finite element analysis was used to simulate one condition of QS-PST to find the "n" factors necessary for the correction of the values of force and maximum displacement, used for the calculation of the total energy absorbed in the laminates. The best ballistic performance material was the laminate reinforced with K+C fiber, followed by the Wovenroving and Volan laminates respectively, following a logarithmic relationship between the ballistic limit and some dimensionless groups. Key words: QS-PST, ballistic limit, laminate, fabrics, non-dimensional analysis, Finite element method