Laminas multicapa III: Materiales y fuerzas tangenciales (forma parte de Arqueria)
Hemos visto antes las fuerzas que aparecen en la flexión de una multicapa,
y su capa neutra en
Lamina multicapa. Veamos más en
detalle estas fuerzas y cómo general tensiones intercapa..
En una monocapa como la de la figura, las fuerzas crecen y decrecen suavemente entre fibras contiguas, sin saltos. Pero la existencia de capas de diferente módulo varía la situación: entre una capa de alto E /en los extremos en la figura y bajo (hacia el centro en la figura) aparecen fuertes fuerzas de deslizamiento, tanto sobre una capa como sobre la contigua. Es decir, en la parte de arriba de la figura la capa superior precisa una gran fuerza para flexar el ángulo común a todas las capas. La de abajo de ella precisa menor fuerza de tracción para girar ese mismo ángulo. De modo que la de arriba hace trabajar a tracción a la de abajo mientras que las de abajo intenta extender la de arriba. La fuerza relativa determina el resultado.
|
|
|
|
Fuerzas en monocapa |
Fuenzas en multicapa. Tangenciales |
En los nuevos materiales contamos con multicapas no simétricos (como lo es el sándwich). Por ejemplo, leemos en folleto de palas Hoyt hasta cinco capas no simétricas (aunque no se especifican los espesores concretos): De afuera (espalda del arco, hacia la diana) adentro ( panza del arco, hacia el arquero):
1. glass fibra de vidrio
2. 5 layer carbon fibra de carbón, 5 capas
3. non tapered sybtactic foam core núcleo de espuma sintáctico, no 'adelgazado'
4. 2 layer carbon uni-direccional fiber fibra de carbón unidireccional, 2 capas
5. parabolic sybtactic foam core núcleo de espuma sintáctico parabólico 6. glass fibra de vidrio
En este caso, no sabemos (hasta conocer los espesores y los módulos de Young de cada capa) la situación de la fibra neutra. Asumiendo no obstante que se halla cerca de la capa central, posiblemente la 3ª, podemos concluir que se trabaja a tracción primordialmente con carbono, mientras que la compresión o parte de ella<) descansa en la 'espuma parabólica'.. La espuma actúa generalmente como núcleo, es decir, como separador de las láminas rígidas, las que realizan el trabajo.
¿Por que tantas capas?. Suponemos que hay una razón que tiene que ver con nuestra figura 2. Allí vemos cómo aparecen una fuertes tensiones, fuerzas entre las fibras contiguas a los límites de capa. Esas fuerzas tienden a hacer deslizar una capa respecto a la otra. Y el efecto es tanto mayor cuanto mayor es la diferencia de E entre capas y también cuanto más alejado de la fibra neutra esté ese límite. Otra razón reside en la resistencia variable de unos materiales a tracción y compresión: son límites que no han de sobrepasarse en la flexión concreta máxima prevista para la pieza.
Por lo tanto parece razonable recorrer esos saltos de E en varios escalones, de E variable lentamente. Cada escalón reduce a la mitad (más o menos) esa fuerza tangencial.
¿Y por qué queremos evitar esa fuerza tangencial?. Por que tiende a despegar las capas entre sí deshaciendo la multicapa en varias capas que deslizan, de propiedades elásticas muy inferiores, claro; porque varias láminas no solidarias, que deslizan entre sí, ofrecen mucha menos resistencia a la flexión porque ninguna capa se expande o contrae mucho, sea exterior o central.
Ahora bien, las capas ese pegan entre sí mediante un pegamento. Y ese pegamento está sometido a las fuerzas que hemos descrito. Lo razonable es por lo tanto que las propiedades elásticas del propio pegamento sean cercanas a las existentes en las cercanías de la frontera. Es decir:
el pegamento en una capa más con propiedades elásticas a elegir promediando las de los materiales contiguos a la frontera entre capas.Y cuando hablamos de pegamento entre capas debemos incluir, claro, a las fronteras entre capas de igual material..
Para concretar, entre todas las capas de la multicapa descrita antes, tenemos 10 fronteras en las que
debemos usar pegamentos de módulos intermedios de las materiales contiguos.
Incluyo ahora otras multicapas de Hoyt, entresacadas de la red: