Desarrollo y caracterización de materiales compuestos reforzados con aleaciones con memoria de forma para la mejora del comportamiento ante impacto

Abstract

In this thesis it has been investigated the effectiveness of using shape memory alloys to improve the performance of composite materials under impact loads. This task has been carried out on two fronts, the understanding of the thermomechanical behavior of NiTi at impact strain rates, and the using of this knowledge to manufacture a composite material pCBT/FC/NiTi, in which the reinforcement of NiTi increases the energy absortion at impact and improves the damage tolerance of the composite. To reach this goal, it has been necessary the developement of a specific characterization methodology for impact strain rates, which is able to obtain fundamental properties of materials at strain rates between 1 and 103 s-1, with higher accuracy than employing the conventional tensile-impact test; and the developement of a phenomenological model that can predict the mechanical behavior of NiTi at impact.

Ondorengo tesian, material konposatuen talkarekiko portaera hobetzeko, “forma memoriadun aleazioen” erabileraren eraginkortasuna aztertu da. Hau burutzeko, alde batetik NiTi-ren portaera termomekanikoaren ezagutzan sakondu da eta bestalde, ezagutza hau erabiliz, pCBT/FC/NiTi material konposatu berria fabrikatu da. Material honetan, NiTi-ren errefortzuak, talka aurrean energia xurgatzeko gaitasuna haunditzen du eta konposatuaren kaltearekiko tolerantzia hobetzen du. Honetarako, beharrezkoa izan da 1 eta 103 s-1 abiadura bitarteetan materialen funtsezko propietateak eskuratzeko gai den talka karakterizazio metodologi espezifiko baten garapena, honen zehaztasuna, ohizko talka-trakzio saiakuntza baino haundiagoa delarik. Beharrezkoa izan da ere, talka aurrean NiTi-ren portaera mekanikoa iragartzeko gai den izaera fenomenologikodun eredu baten garapena.

En la presente tesis se ha investigado la eficacia del empleo de aleaciones con memoria de forma para la mejora del comportamiento de materiales compuestos ante cargas de impacto. Esta tarea ha sido abordada en dos frentes, la profundización en el conocimiento del comportamiento termomecánico a impacto del NiTi, y el empleo de este conocimiento para la fabricación de un nuevo material compuesto pCBT/FC/NiTi, en el que el refuerzo de NiTi es capaz de aumentar la capacidad de absorber energía ante impacto y mejorar la tolerancia al daño del compuesto. Para ello ha sido necesario el desarrollado de una metodología de caracterización específica para impacto, capaz de obtener propiedades fundamentales de los materiales a velocidades entre los 1 y 103 s-1, con una precisión mayor que en el ensayo de impacto-tracción convencional; así como un modelo de carácter fenomenológico que permite predecir el comportamiento mecánico del NiTi a impacto.