Este módulo permite calcular las propiedades elásticas de un material compuesto de fibras unidireccionales por medio de cálculos de homogeneización clásicos. Los datos del problema son las propiedades elásticas (módulo de Young E y coeficiente de Poisson n) de la fibra y de la matriz y la geometría (fracción volumétrica de las fibras f y eventualmente otros parámetros).

Se supone que las fibras son paralelas y están distribuidas de forma homogénea dentro de la matriz. El material compuesto homogeneizado es un material ortotrópico cuyas propiedades elásticas son:

• el módulo de Young en la dirección de las fibras E_L
• el módulo de Young en la dirección transversal a las fibras E_T
  
• el módulo de Young en la otra dirección perpendicular a las fibras E_N
• el módulo de cortante longitudinal – transversal G_LT
• el módulo de cortante longitudinal – normal G_LN
• el módulo de cortante transversal – normal G_TN
• el coeficiente de Poisson longitudinal – transversal n_LT
• el coeficiente de Poisson longitudinal – normal n_LN
• el coeficiente de Poisson transversal – normal n_TN

donde L, T y N son las direcciones de ortotropía del compósito (L es la dirección de las fibras, T es la dirección transversal a las fibras y N es la dirección normal). Las propiedades elásticas anteriores se calculan por medio del módulo “Micromecánica” y de técnicas de homogeneización que usted puede seleccionar.

Veamos más de cerca el funcionamiento del módulo. En la ventana principal del módulo “Micromecánica” debe capturar y seleccionar los datos del problema:

• Seleccione entre los materiales de la biblioteca los dos materiales que constituyen la fibra y la matriz, respectivamente (véase la Figura 2).

Figura 2. Materiales isotrópicos a seleccionar para la fibra y la matriz.

• Si los materiales que quiere considerar no aparecen en la lista, debe introducirlos en la biblioteca haciendo clic sobre el botón “Editar la biblioteca de materiales isotrópicos”. Una vez que escoge el material que quiere considerar, debe agregarlo a la mezcla haciendo clic sobre el botón “Agregar material a la mezcla”.
• Seleccione la propiedad elástica del compósito que desea estudiar (véase la Figura 3).
  • Si no escoge TODAS en la opción precedente, debe seleccionar la técnica de homogeneización que desee (véase la Figura 3).

Figura 3. Propiedad elástica a homogeneizar y técnica a utilizar.

Debe ingresar enseguida la fracción volumétrica f de las fibras y eventualmente (si seleccionó las propiedades elásticas E_T o E_N y si escogió la técnica de Halpin-Tsai) también tiene que ingresar las dimensiones a y b de la fibra. Finalmente, debe hacer clic sobre el botón “Analizar” (véase la Figura 4) para visualizar los resultados al igual que la fórmula utilizada por MAC LAM.

Figura 4. Fracción volumétrica y análisis de los resultados.

• Si escoge TODAS en la opción 1 de la Figura 3 (quiere estudiar todas las propiedades elásticas de un compuesto), solamente tiene que ingresar la fracción volumétrica f de las fibras y las dimensiones a y b necesarias para efectuar las homogeneizaciones eventuales mediante la técnica de Halpin-Tsai. Por último, debe hacer clic sobre el botón “Analizar” (véase la Figura 4). Una ventana nueva aparece con los resultados de todas las técnicas de homogeneización disponibles en MAC LAM (véase la Figura 5).

 

Se dará cuenta de que no tenemos ninguna técnica de cálculo paran_TN , en la próxima versión de MAC LAM seguramente utilizaremos una técnica de homogeneización. Si quiere guardar los resultados con el nombre de un material ortotrópico en la biblioteca de materiales ortotrópicos, debe poner el nombre del material (nombre de la mezcla), después seleccione las técnicas de homogeneización que prefiera, escriba un valor de n_TN, y después haga clic sobre el botón “Guardar” (véase la Figura 5).

Se pueden realizar todos los cálculos de MAC LAM con los dos sistemas de unidades utilizados en el mundo: el sistema internacional de unidades (S. I.) y el sistema de unidades inglés. Puede cambiar en cualquier momento el sistema utilizado haciendo clic sobre “Unidades” en la barra del menú de la ventana principal (véase la Figura 6).

Figura 6. Cambio de sistema de unidades.

Finalmente, MAC LAM le permite modificar la biblioteca de los resultados que guardó (biblioteca de materiales ortotrópicos) al hacer clic sobre el botón “Editar la biblioteca de resultados” en la ventana principal de MAC LAM (véase la Figura 7).