DIN 53293 Ensayo de estructuras sándwich - Ensayo de flexión

La norma “DIN 53293 Ensayo de estructuras sándwich - Ensayo de flexión”, publicada por el Instituto Alemán de Normalización (DIN), describe un método para determinar las propiedades de flexión de los materiales compuestos tipo sándwich (paneles sándwich). Las estructuras sándwich son materiales compuestos ligeros que constan de los siguientes componentes:

• Normalmente, las dos capas exteriores, finas y rígidas (capas superficiales o de recubrimiento), están hechas de materiales como plástico reforzado con fibra de vidrio, plástico reforzado con fibra de carbono, aluminio o acero.
• Hay un núcleo más grueso y ligero en el medio, por ejemplo:
• Madera de balsa
• Estructuras de panal (aluminio, papel, aramida o plástico)
• Espuma (por ejemplo, de poliuretano, PVC o espuma de aluminio)

Estos materiales se utilizan ampliamente en industrias donde una alta relación dureza-peso es fundamental, entre ellas:

• Aviación y espacio
• Vehículos automotores y ferroviarios
• Denizcilik yuygulamaları
• Edificación y construcción (por ejemplo, paneles de fachada, camiones frigoríficos)
• Energía eólica (palas del rotor)
• Equipo deportivo

Según la norma DIN 53293, los ensayos de flexión evalúan las propiedades mecánicas fundamentales de los paneles sándwich bajo carga de flexión. Este ensayo proporciona datos sobre lo siguiente:

• Rigidez a la flexión (rigidez de flexión)
• Momento flector máximo o capacidad de carga antes de la falla.
• Comportamiento desviado
• Modos de falla (por ejemplo, arrugamiento de la capa superficial, falla por deslizamiento del núcleo, falla por compresión/tensión de la capa superficial, separación de capas o indentación bajo puntos de carga)

Esta prueba resulta especialmente útil para el control de calidad, la comparación de materiales, la verificación del diseño y la investigación sobre estructuras ligeras.

La norma DIN 53293 define un ensayo de flexión de cuatro puntos. Esta configuración se prefiere a la de tres puntos para materiales sándwich porque:

• Esto genera un momento flector constante entre los puntos de carga internos.
• Minimiza las tensiones de corte en la región central.
• En comparación con las instalaciones de tres puntos, reduce los efectos locales (hendiduras) bajo los puntos de carga.

La configuración típica es la siguiente:

• Probeta de ensayo rectangular (las dimensiones se definen en la norma y suelen depender del espesor del núcleo y de la deflexión prevista).
• Está respaldado por dos puntos externos.
• Se carga simétricamente en dos puntos internos.
• Normalmente, la prueba se realiza en condiciones semiestáticas hasta que se produce la fractura o se alcanza un límite de deformación definido.

Los resultados suelen incluir lo siguiente:

• Curva carga-deformación
• Rigidez aparente a la flexión (rigidez equivalente a la flexión)
• Valores de carga crítica
• Tipo de fractura observada

Las siguientes normas están relacionadas con la norma DIN 53293:

• El método descrito es similar, pero no exactamente igual, al método de ensayo estándar ASTM C393 para determinar las propiedades de corte del núcleo de estructuras sándwich mediante flexión de vigas.
• Entre las pruebas de flexión pertinentes para plásticos generales o plásticos reforzados con fibra se incluyen las normas DIN EN ISO 178 (flexión en tres puntos) o ISO 14125.
• En algunos contextos (por ejemplo, paneles reforzados con fibra), la norma DIN 53293 se utiliza junto con, o en comparación con, las normas DIN EN ISO 14125 o EN ISO 178.

Incluso años después de su publicación, la norma DIN 53293 sigue utilizándose como referencia en la literatura técnica, los laboratorios de ensayo y las certificaciones de productos, especialmente en Europa, para los paneles sándwich utilizados en el transporte y la construcción.

En resumen, la norma DIN 53293 incluye un método para determinar el comportamiento a flexión de estructuras tipo sándwich, especialmente paneles sándwich. Este método se aplica para evaluar la rigidez, la resistencia y el comportamiento a la fractura de los compuestos sándwich bajo carga.

Las estructuras tipo sándwich suelen constar de tres capas:

• Superficie superior: Esta es la capa delgada y duradera que soporta la carga.
• Superficie inferior: Proporciona resistencia a la flexión junto con la superficie superior.
• Núcleo: Ligero, grueso y generalmente con estructura de panal o de espuma.

Este diseño permite una alta rigidez a la flexión con un peso reducido.

El propósito de este método de ensayo es determinar lo siguiente:

• Resistencia a la flexión
• Módulo de flexión
• Capacidad máxima de carga
• Tipo de fractura (fractura superficial, aplastamiento del núcleo, clivaje, etc.)

La prueba se suele realizar utilizando una máquina de ensayo universal. El proceso de prueba sigue esencialmente estos pasos:

• Preparación de la muestra: Se preparan muestras rectangulares de dimensiones específicas. Se indica el espesor de la muestra y el tipo de núcleo.
• Método de carga: Se puede aplicar un ensayo de flexión de tres o cuatro puntos. Se aplica de forma controlada por carga o por desplazamiento.
• Mediciones: Se toman las siguientes medidas:
• La fuerza aplicada
• Desplazamiento del punto medio
• Carga máxima en el momento de la fractura

También se determinan los siguientes parámetros:

• Resistencia a la flexión: La tensión máxima que un material puede soportar antes de fracturarse.
• Rigidez a la flexión: Resistencia del panel a la flexión. El espesor del núcleo afecta significativamente este valor.
• Análisis del modo de daño:
• Fractura por tracción de la capa superficial
• Esguince en el lado de presión
• fractura por cizallamiento del núcleo
• Separación entre la superficie y el núcleo (delaminación)

La norma DIN 53293 se utiliza particularmente en los siguientes sectores:

• Aviación y espacio
• automotor
• marina
• Construcción (paneles de fachada compuestos)
• palas de turbinas eólicas

Debido a que las estructuras tipo sándwich son sistemas ligeros pero de alta resistencia, el ensayo de flexión definido en esta norma se considera importante. Este ensayo es crucial porque...

• Proporciona validación del diseño.
• Controla la calidad de la producción.
• Permite la comparación de materiales.
• Proporciona datos críticos para la seguridad.

Durante muchos años, nuestra organización, con su personal competente y experimentado, ha comprendido las necesidades de sus clientes, brindándoles los servicios de pruebas avanzadas que requieren y asistiéndolos en el establecimiento, implementación y mejora de sistemas de gestión. En este marco, también ofrecemos servicios de pruebas conforme a la norma DIN 53293.