Caracterización numérica de un material compuesto de Al reforzado con microesferas huecas de Al2O3

Abstract

La realización de la presente memoria de título busca obtener, mediante el método de elementos finitos, la caracterización de las propiedades mecánicas de espumas metálicas de Aluminio reforzadas con microesferas huecas de Alumina utilizando el software comercial ANSYS WORKBENCH. Para esto se desarrollan 9 modelos computacionales, con diferentes tamaños de refuerzo y una porosidad aproximada de 55%. Todos estos modelos se estudian mediante la simulación de un ensayo de compresión con deformación conocida, de manera de lograr obtener la fuerza de reacción y por consecuencia, el módulo de Young efectivo del material compuesto. El principal objetivo de este trabajo es determinar la influencia del espesor de pared de los refuerzos en el comportamiento elástico del material, con el fin de avanzar en el estudio y comprensión de los distintos factores que gobiernan las características de un material compuesto para acercar cada vez más su utilización a niveles industriales. En los antecedentes generales, se presenta el marco teórico de esta investigación, el cual permite un mejor entendimiento del comportamiento mecánico de las espumas sintácticas, así como sus principales propiedades mecánicas y los factores que las regulan, tales como el tamaño del refuerzo y la porosidad. Junto a lo anterior, se presentan los diferentes métodos de fabricación actuales, las aplicaciones mas prometedoras y las bases teóricas para la correcta utilización del método de elementos finitos, el cual es utilizado para este trabajo de título. Luego del análisis de los resultados obtenidos, se concluye que a medida que aumenta el espesor de pared del refuerzo, mayor es el módulo de Young obtenido para la espuma, llegando a superar el del metal matriz. Además, se observa que a medida que disminuye el tamaño de los refuerzos, mayor es el módulo obtenido debido a que las secciones transversales de la geometría son cada vez mayores, evitando la concentración de esfuerzos en paredes internas muy delgadas.