Análisis Experimental de Falla por Acción de Cargas Biaxiales en Polímeros Fabricados Aditivamente y Reforzados con Fibras Continuas de Vidrio

Abstract

La manufactura aditiva aplicada a polímeros reforzados con fibras continuas de vidrio (AM-CGFRP) ha impulsado el diseño de componentes estructurales altamente eficientes. Sin embargo, caracterizar su comportamiento bajo estados de carga multiaxiales presenta desafíos significativos debido a su marcada anisotropía y a los defectos microestructurales inherentes al proceso de impresión tridimensional. En respuesta a esta necesidad, el presente proyecto de grado evalúa, tanto experimental como numéricamente, la respuesta mecánica y los modos de falla de probetas poliméricas de Nylon reforzadas con hilos continuos de fibra de vidrio bajo condiciones de carga biaxial. Para la fase experimental, se utilizó una adaptación del dispositivo Arcan acoplado a una máquina universal de ensayos, induciendo estados precisos de tracción pura (0°), carga combinada (45°) y corte puro (90°). Los hallazgos demostraron que la máxima rigidez elástica y capacidad portante se alcanzan a los 0°, donde el refuerzo gobierna la respuesta. Por el contrario, al orientar la carga a 90°, la resistencia decrece al depender fundamentalmente de la matriz termoplástica y la adhesión interfacial. A través de un análisis probabilístico de Weibull, se determinó que la falla por cizalladura (90°) posee menor dispersión estadística y resulta más predecible que la fractura frágil a tracción (0°). Finalmente, se formuló un modelo predictivo mediante el método de elementos finitos en ANSYS. Al calibrar las propiedades elásticas aparentes para compensar las holguras del equipo y la porosidad, el modelo reprodujo la rigidez experimental con un error menor al 1.5 % en los estados dominantes, confirmándose como una metodología confiable para el diseño estructural.