Investigación numérica sobre la resistencia de las estructuras tipo Bouligand de materiales compuestos inspirados en la Naturaleza

Abstract

RESUMEN : La mayoría de los materiales biológicos son compuestos complejos con propiedades mecánicas excepcionales, a pesar de que muchos de sus constituyentes son débiles. Estas propiedades son el resultado de una compleja interacción entre la morfología de la superficie y las propiedades químicas y físicas y las estructuras de sus componentes. Los sistemas blindados, como los caparazones de moluscos, los caparazones de tortuga, las armaduras de armadillo, los exoesqueletos de artrópodos y crustáceos y las escamas de pescado, son sistemas multicapa con capas apiladas helicoidalmente que proporcionan una mayor resistencia, flexibilidad y tenacidad para evitar el fallo del sistema. Por este motivo, se utilizan como fuente de inspiración para el diseño y la optimización de materiales que requieren una mayor tenacidad y tolerancia al daño. Con el fin de investigar cómo la relación entre el ángulo helicoidal entre capas y la relación de aspecto de las fibras afecta a la resistencia, rigidez y energía absorbida de los compuestos helicoidales de fibra discontinua, combinamos dos sistemas de refuerzo -el Bouligand y las estructuras de mortero de ladrillo- en un compuesto laminado. Los resultados muestran que pueden realizarse combinaciones de ángulos helicoidales y relaciones de aspecto de las fibras que permiten mejorar la rigidez y tenacidad del compuesto sin alterar la resistencia.