Caracterización experimental de una matriz epóxica reforzada con fibras de carbono bidireccional, e implementación de una red neuronal de aprendizaje adaptativo

Abstract

Las matrices poliméricas reforzadas con fibras de carbono (CFRP por sus siglas en inglés) otorgan propiedades como la alta resistencia y rigidez en situaciones de cargas a tensión y flexión, además de excelente resistencia a la corrosión, generando que sea apropiado su uso en aplicaciones estructurales. El uso de los materiales compuestos ha visto un auge en los últimos años sobre todo en aplicaciones de alta tecnología y eficiencia. Por lo que, es importante investigar cómo a través de procesos de manufactura replicables se pueda generar un lineamiento en el uso de matrices epóxicas reforzadas con fibras de carbono bajo cargas a tensión y a flexión. En esta tesis, se realiza la caracterización de los posibles diferentes configuraciones de CFRPs a través de tres métodos. Un modelo por elementos finitos para una probeta sometida a desplazamientos en pasos controlados, con el fin de realizar una optimización bajo un modelo Six Sigma, donde se varía el ángulo de cada una de las 8 capas de laminado para encontrar cuáles orientaciones serían las adecuadas para los ensayos experimentales como parámetro de diseño el esfuerzo y la deformación máxima a tensión. Entrenamiento de una red neuronal que permite recibir los resultados del modelo por elementos finitos para entrenarse y ser capaz de predecir leyendo otro conjunto de datos, si las orientaciones del nuevo laminado se comportarían como las del set de entrenamiento con la finalidad de crear una base para nuevas investigaciones. Y un modelo de experimentación basado en pruebas a tensión y flexión para definir relaciones entre tipos de resina, orientación de las capas, variables de curado e impregnación como el cambio de presión de vacío y temperatura, y cantidad de capas que permiten dar indicios de cómo se debe laminar de acuerdo con los parámetros de diseño iniciales. Se revisó el comportamiento de falla a través de microscopía y estereoscopía para entender la estructura interna de la falla en las secuencias del laminado. La caracterización del CFRP permite definir un método de manufactura que desarrolla piezas de alto rendimiento a tensión y flexión validadas a través de ensayos de falla, simulación por medio de elemento finitos y entrenamiento de redes neuronales. Los materiales utilizados y procesos de mecanizado permiten reducir costos de procesamiento y facilitar su construcción.