Método de prueba estándar ASTM D7136/D7136M-12 para medir la resistencia al daño de compuestos de matriz polimérica reforzada con fibra ante un impacto de caída de peso.

La norma “ASTM D7136/D7136M-12 Método de prueba estándar para medir la resistencia al daño de compuestos de matriz de polímero reforzados con fibra a un evento de impacto de caída de peso” publicada por la Sociedad Estadounidense para Pruebas y Materiales (ASTM) describe un método de prueba para determinar la resistencia al daño de laminados compuestos de matriz de polímero multidireccional sujetos a un evento de impacto de caída de peso. Las formas de materiales compuestos están limitadas a compuestos de matriz de polímero comprimido de fibra continua con un rango de laminados de prueba y espesores aceptables definidos en esta norma. Las instrucciones para modificar estos procedimientos para determinar las propiedades de resistencia al daño de las estructuras sándwich se incluyen en ASTM D7766/D7766M.

Una placa compuesta plana y rectangular se somete a un intenso impacto fuera del plano mediante un dispositivo de caída de peso con un impactador hemisférico. La energía potencial del peso del impacto, definida por la masa del impactador y la altura de caída, se especifica antes de la prueba. Se proporcionan equipos y procedimientos para la medición opcional de la fuerza de contacto y la velocidad durante el evento de impacto. La resistencia al daño se determina cuantitativamente en términos de la extensión y el tipo de daño que ocurre en la muestra.

Este método de prueba se puede utilizar para evaluar la resistencia de los materiales a los daños o para dañar una muestra para realizar pruebas posteriores de tolerancia a los daños. Cuando la placa de impacto se prueba según el método de prueba estándar ASTM D7137/D7137M, la secuencia de prueba general generalmente se denomina método de compresión posterior al impacto. La indentación cuasiestática según el método de prueba estándar ASTM D6264/D6264M se puede utilizar como un método alternativo para inducir daño a partir de una fuerza fuera del plano y medir las propiedades de resistencia al daño.

Las propiedades de resistencia al daño establecidas por este método de prueba dependen en gran medida de varios factores, como la geometría de la muestra, la estratificación, la geometría del impacto, la masa del impacto, la fuerza del impacto, la energía del impacto y las condiciones límite. Por lo tanto, los resultados generalmente no son escalables a otras configuraciones y son específicos de la combinación de condiciones geométricas y físicas probadas.

Para los efectos de esta norma, se aplican los siguientes términos y definiciones:

La profundidad de la muesca se refiere a la profundidad restante de la depresión creada por un impactador después del evento de impacto. La profundidad de la entalla se definirá como la distancia máxima en una dirección perpendicular a la cara de la muestra desde el punto más bajo de la entalla hasta el plano de la superficie impactada que no está perturbada por la entalla.
El valor nominal es un valor asignado a una propiedad medible con el propósito de una identificación conveniente, existiendo sólo en el nombre. Se pueden aplicar tolerancias a un valor nominal para definir un rango aceptable para la característica.
El sistema de coordenadas del material original es un sistema de coordenadas cuyos ejes son perpendiculares a los planos de simetría específicos de un material.
La fuerza de contacto registrada es la fuerza aplicada a la muestra por el impactador durante el evento de impacto, según lo registrado por un medidor de fuerza.
El sistema de coordenadas de referencia es un sistema de coordenadas para compuestos laminados que se utiliza para definir las orientaciones de las capas.
La punta de impacto es la parte o componente de una herramienta de impacto que primero entra en contacto con la muestra de prueba durante el evento de impacto.

Se realiza una prueba de impacto de caída de peso utilizando una placa laminada simétrica y equilibrada. El daño se produce mediante un impacto concentrado, fuera del plano (perpendicular al plano del laminado), utilizando un peso de caída con punta hemisférica. La resistencia al daño se determina cuantitativamente en términos de la extensión y el tipo de daño que ocurre en la muestra. La respuesta al daño es una función de la configuración de la prueba; no se pueden realizar comparaciones entre materiales a menos que se utilicen las mismas configuraciones de prueba, condiciones de prueba y condiciones similares.

Se proporcionan procedimientos opcionales para registrar la velocidad de impacto y la fuerza de contacto aplicada frente a los datos del historial de tiempo. Los estados de daño preferidos resultantes del impacto se ubican en el centro de la placa, lo suficientemente lejos de los bordes de la placa para que los estados de tensión local en los bordes y en la ubicación del impacto no interactúen durante el evento de generación de daño.

La susceptibilidad a los daños causados por fuerzas de impacto concentradas fuera del plano es una de las principales preocupaciones de diseño de muchas estructuras construidas con laminados compuestos avanzados. Conocer las propiedades de resistencia al daño de una placa compuesta laminada es útil para el desarrollo de productos y la selección de materiales.

Las pruebas de impacto por caída de peso pueden servir para los siguientes propósitos:

Cuantificar los efectos de la secuencia de apilamiento, el tratamiento de la superficie de la fibra, los cambios en la fracción de volumen de la fibra y las variables de procesamiento y ambientales sobre la resistencia al daño de un laminado compuesto dado a una fuerza o energía de impacto de peso de caída concentrada.
Comparar cuantitativamente los valores relativos de los parámetros de resistencia al daño de materiales compuestos con diferentes componentes. Los parámetros de respuesta al daño pueden incluir la profundidad del aplastamiento, las dimensiones del daño y las ubicaciones a través del espesor, y la curva de fuerza-tiempo.
Dañar una muestra para pruebas de tolerancia al daño posteriores (por ejemplo, método de prueba estándar ASTM D7137/D7137M).

Las propiedades obtenidas mediante este método de prueba pueden proporcionar orientación sobre la resistencia al daño esperada.

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