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Auxetic Protection




La industria del transporte constantemente busca soluciones para conseguir disminuir los costes asociados a su explotación y en particular los gastos de la energía que los propulsa. Una de las maneras de disminuir este consumo es el de aligerar las estructuras de los medios de transporte, mediante el uso de materiales compuestos y en particular de laminados carbono/epoxi (CFRP). La industria aeronáutica los usa profusamente, mientras que su aplicación en el resto de medios de transporte es todavía incipiente. Estos materiales presentan unas excelentes propiedades mecánicas específicas, sin embargo poseen una baja resistencia al impacto en dirección perpendicular al plano del laminado, pudiéndose producir deslaminaciones que pueden ocasionar a su vez fallos estructurales. 

Existen numerosas circunstancias en las que una estructura de CFRP puede recibir un impacto. En las estructuras aeronáuticas pueden ser: impactos de baja o alta velocidad durante tareas de mantenimiento o en vuelo. En la industria automovilística se producen impactos habitualmente. Cualquier golpe (choques en las maniobras de aparcamiento o entre vehículos circulando en situaciones de aglomeración), puede producir daños en la estructura de material compuesto, y aunque en este caso no tenga consecuencias fatales, las reparaciones de estos materiales son costosas. Por este motivo, disponer de protecciones para este tipo de estructuras resultaría de gran interés.

El objetivo principal de este proyecto es desarrollar y analizar protecciones frente a impacto para laminados de CFRP. Se empleará una estructura formada por una placa delgada (que recibe el impacto) y una estructura reticular 3D con comportamiento auxético. La protección (placa y estructura reticular) será polimérica y estará fabricada, de una sola pieza, mediante métodos aditivos. Dicha estructura de protección se situará sobre el elemento estructural a proteger (un laminado carbono/epoxi) actuando como un elemento de sacrificio, por lo que se trataría de una protección no estructural. La característica principal de las estructuras auxéticas es que poseen un coeficiente de Poisson aparente negativo; por lo tanto cuando recibe un impacto el material tiende a acercarse a la zona de impacto, densificándola, y de este modo mejorando su resistencia al impacto.

Los objetivos específicos que se plantean en el proyecto serán:
1.         Caracterizar experimentalmente el comportamiento estático y dinámico del material base con el que se fabricará la protección.

2.         Diseñar la celda unitaria a partir de la cual se realizará la parte auxética de la protección. Para ello se emplearán modelos analíticos simplificados y simulaciones numéricas.

3.         Desarrollar un modelo homogéneo de la parte auxética de la protección. El coste computacional que supone simular una estructura auxética en detalle es muy elevado, por lo que es necesario desarrollar un modelo equivalente de la misma. 

4.         Validar el modelo homogéneo de la estructura auxética. Para ello se realizarán ensayos de caracterización estática y dinámica de la misma.

5.         Desarrollar un modelo numérico para la protección propuesta frente a impacto.

6.         Validar el modelo numérico desarrollado. Para ello se realizarán ensayos de impacto sobre protecciones a distintas velocidades.

La posibilidad de desarrollar una protección para estructuras de CFRP que sea eficiente puede ser de gran interés para extender su uso y así  lograr un transporte más sostenible