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Estudio numérico de la resistencia al impacto de compuestos de polímeros pa6 reforzados individualmente con fibras continuas a temperatura ambiente.

Resumen

Este estudio presenta un análisis numérico de la resistencia al impacto de materiales compuestos de PA6 (Onyx) reforzados con fibras continuas (carbono, Kevlar y vidrio), fabricados mediante manufactura aditiva. El objetivo principal es evaluar y comparar dos metodologías distintas para determinar las propiedades mecánicas efectivas utilizadas en una simulación de impacto Charpy. El primer enfoque se basa en modelos analíticos. Implica el cálculo de las fracciones volumétricas de las partes constitutivas de la probeta: paredes sólidas, capas internas sólidas, un relleno triangular con un 20% de densidad y el refuerzo de fibra continua. Las propiedades del relleno celular se estimaron mediante el modelo de Gibson-Ashby, y las propiedades ortotrópicas efectivas finales se obtuvieron a través de un método de homogeneización por promedio de rigidez volumétrica. La segunda metodología emplea un enfoque computacional utilizando el módulo ANSYS Composite PrepPost (ACP) para generar un segundo conjunto de propiedades mecánicas efectivas, el modelo se dividió en sus paredes externas y un núcleo interno, que combina la matriz y el refuerzo de fibra. Posteriormente, ambos conjuntos de propiedades (las derivadas de los modelos matemáticos y las obtenidas mediante ACP se utilizan para realizar una simulación dinámica del ensayo de impacto Charpy en ANSYS. El método analítico de propiedades calculadas mostró mayor fiabilidad que ACP. Se identificaron limitaciones en el modelado numérico para simular fenómenos de falla complejos como la delaminación y la ruptura, especialmente en materiales frágiles como la fibra de carbono, lo que llevó a sobreestimaciones significativas. Se enfatiza la importancia de la selección de materiales y la validación experimental para mejorar la precisión predictiva de las simulaciones futuras.