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

Barajas Rangel, Juan Diego; Aranibar González, Luis Felipe

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

dc.contributor.advisor	Martinez, Manuel del Jesús
dc.contributor.advisor	Bohorquez Becerra, Oscar Rodolfo
dc.contributor.author	Barajas Rangel, Juan Diego
dc.contributor.author	Aranibar González, Luis Felipe
dc.contributor.evaluator	Gonzalez Estrada, Octavio Andres
dc.contributor.evaluator	Martinez Palmeth, Luis Humberto
dc.date.accessioned	2025-08-20T13:33:28Z
dc.date.available	2025-08-20T13:33:28Z
dc.date.created	2025-08-19
dc.date.issued	2025-08-19
dc.description.abstract	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.
dc.description.abstractenglish	This study presents a numerical analysis of the impact resistance of PA6 (Onyx) composites reinforced with continuous fibers (carbon, Kevlar, and glass), fabricated using additive manufacturing. The main objective is to evaluate and compare two distinct methodologies for determining the effective mechanical properties used in a Charpy impact simulation. The first approach is based on analytical models. It involves calculating the volumetric fractions of the specimen's constituent parts: solid walls, internal solid layers, a triangular infill with 20% density, and continuous fiber reinforcement. The properties of the cellular infill were estimated using the Gibson-Ashby model, and the final effective orthotropic properties were obtained through a volumetric stiffness averaging homogenization method. The second methodology employs a computational approach using the ANSYS Composite PrepPost (ACP) module to generate a second set of effective mechanical properties. The model was divided into its external walls and an internal core, which combines the matrix and the fiber reinforcement. Subsequently, both sets of properties (those derived from mathematical models and those obtained via ACP are used to perform a dynamic simulation of the Charpy impact test in ANSYS. The analytical method of calculated properties showed greater reliability than ACP. Limitations were identified in numerical modeling for simulating complex failure phenomena such as delamination and rupture, especially in brittle materials like carbon fiber, which led to significant overestimations. The importance of material selection and experimental validation is emphasized to improve the predictive accuracy of future simulations.
dc.description.degreelevel	Pregrado
dc.description.degreename	Ingeniero Mecánico
dc.format.mimetype	application/pdf
dc.identifier.instname	Universidad Industrial de Santander
dc.identifier.reponame	Universidad Industrial de Santander
dc.identifier.repourl	https://noesis.uis.edu.co
dc.identifier.uri	https://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/45923
dc.language.iso	spa
dc.publisher	Universidad Industrial de Santander
dc.publisher.faculty	Facultad de Ingeníerias Fisicomecánicas
dc.publisher.program	Ingeniería Mecánica
dc.publisher.school	Escuela de Ingeniería Mecánica
dc.rights	info:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.accessrights	info:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coar	http://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.creativecommons	Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.license	Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia (CC BY-NC-ND 2.5 CO)
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subject	Modelado numérico
dc.subject	Resistencia al impacto
dc.subject.keyword	Numerical modeling
dc.subject.keyword	Impact resistance
dc.title	Estudio numérico de la resistencia al impacto de compuestos de polímeros pa6 reforzados individualmente con fibras continuas a temperatura ambiente.
dc.title.english	Numerical Study of the Impact Resistance of PA6 Polymer Composites Singly Reinforced with Continuous Fibers at Room Temperature
dc.type.coar	http://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f
dc.type.hasversion	http://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
dc.type.local	Tesis/Trabajo de grado - Monografía - Pregrado