CARACTERIZACIÓN NUMÉRICA DE PROPIEDADES MECÁNICAS DE ESPUMAS DE COBRE REFORZADAS CON NANOTUBOS DE CARBONO

Abstract

This work exposes the results of the characterization of mechanical properties (Young's modulus and Poisson ratio) of copper foam reinforced with carbon nanotubes (NTC) using the method of finite elements (MEF). To do this, a uniaxial compression test is simulated models of foams of copper with a porosity of 50% and reinforced with different percentages by volume of NTC. The procedure used in this study constitutes to model copper foam specimens with different types of spacers agents, and separately, form solid matrices with 5 different proportions NTC reinforcement. Thus, the results of the effects in the mechanical properties of the solid matrices, based on the degree of reinforcement insert, are obtained. Then, these data are incorporated as the copper foam properties, thus simulating the reinforcement thereof. This allows to work with a larger number of particles, leaving aside the high computational demands. When applying MEF, the mechanical properties of copper foams reinforced with different values of NTC with the following results are determined: 0.331% v inserted NTC, increased Young's modulus in average of 3.64%. At the same time, taking the highest value of NTC reinforcement which corresponds to a 2,123% v, increasing average is 7.06%. Likewise, the Poisson also has variations, although the range of milliseconds, decreasing from 0.303 [-] to 0.301 [-] on average. Finally, note that the Finite Element Method is a tool to reduce costs and time related to the execution of a uniaxial compression experiment. Moreover and with regard to results, which is exposed to the incorporation of porous materials NTC allows increasing its Young's modulus, which means the open edges of other uses for metal foams.

El presente trabajo expone los resultados de la caracterización de propiedades mecánicas (Módulo de Young y coeficiente de Poisson) de espumas de cobre reforzadas de nanotubos de carbono (NTC) por medio del método de elementos finitos (MEF). Para ello, se simula un ensayo de compresión uniaxial a modelos de espumas de cobre con una porosidad de 50% y reforzadas con distintos porcentajes en volumen de NTC. El procedimiento empleado en este estudio, constituye modelar probetas de espuma de cobre con distintos tipos de agentes espaciadores, y por separado, formar matrices sólidas con 5 proporciones diferentes de refuerzo de NTC. De esta manera, se obtienen los resultados de los efectos en las propiedades mecánicas de las matrices sólidas, en base al grado de reforzamiento inserto. Luego, estos datos se incorporan como propiedades de las espumas de cobre, simulando así, el refuerzo de las mismas. Lo anterior permite trabajar con un mayor número de partículas, dejando de lado las altas exigencias computacionales. Al aplicar el MEF, se determinan las propiedades mecánicas de las espumas de cobre reforzadas con distintos valores de NTC con los siguientes resultados: al insertar 0,331%v de NTC, el aumento del módulo de Young en promedio es de 3,64%. Al mismo tiempo, tomando el mayor valor de refuerzo de NTC el cual corresponde a un 2,123%v, el aumento en promedio es de 7,06%. Así mismo, el Coeficiente de Poisson también presenta variaciones, aunque del rango de las milésimas, disminuyendo desde 0,303 [-] a 0,301[-] en promedio. Finalmente, señalar que el Método de Elementos Finitos es una herramienta que permite disminuir costos y tiempo relacionados a la ejecución de un experimento de compresión uniaxial. Por otro lado y en relación a los resultados, queda expuesto que la incorporación de NTC a materiales porosos permite el aumento de su módulo de Young, lo cual significa el abrir otras aristas de usos para las espumas metálicas.