Estudio de aleación de aluminio reforzada con materiales compuestos para reducción de peso en la industria automotriz
En la actualidad, en la industria automotriz existe como principal método de competencia la fabricación de vehículos cada día más eficientes tanto en potencia como en consumo de combustible, dicha eficiencia depende directamente tanto del diseño de los componentes, como del peso del vehículo, el...
| Main Author: | |
|---|---|
| Format: | Tesis |
| Language: | Spanish / Castilian |
| Published: |
2013
|
| Online Access: | http://eprints.uanl.mx/3516/1/1080256676.pdf |
| _version_ | 1824368615404601344 |
|---|---|
| author | Islas Mascareñas, José Antonio |
| author_facet | Islas Mascareñas, José Antonio |
| author_sort | Islas Mascareñas, José Antonio |
| collection | Repositorio Institucional |
| description | En la actualidad, en la industria automotriz existe como principal método
de competencia la fabricación de vehículos cada día más eficientes tanto en
potencia como en consumo de combustible, dicha eficiencia depende
directamente tanto del diseño de los componentes, como del peso del vehículo,
el cual depende principalmente de los materiales utilizados en su fabricación.
La industria aeroespacial fue la pionera en el uso tanto del aluminio como
material principal en los años 20s, como de los materiales compuestos entre los
años 60s y 70s, dichos materiales tenían lugar principalmente en las estructuras
de las aeronaves.
Después de la industria aeroespacial en el uso de dichos materiales, se
encuentra la industria automotriz, la cual en los últimos años ha incrementado el
uso tanto de materiales compuestos como de aleaciones de aluminio en la
fabricación de sus vehículos, buscando principalmente incrementar la eficiencia
de sus vehículos sin sacrificar su desempeño y seguridad, lo cual año con año
se logra aumentar con el uso de éstos materiales en diferentes componentes del
automóvil.
Entre los componentes más comunes en el uso de aluminio y materiales
compuestos esta la estructura exterior del automóvil, entre los que sobresalen el
capó, el techo, las puertas, entre otros; además de componentes tanto del motor
como del interior de la cabina del vehículo.
En los últimos años han sobresalido las empresas automotrices que
utilizan materiales compuestos en la fabricación de sus chasises, esto debido a
la gran resistencia que presentan dichos materiales, los cuales comúnmente se
juntan con el aluminio para darle mayor resistencia al impacto como para formar
una estructura con características tanto dúctiles como frágiles.
El presente proyecto tiene como objetivo evaluar las propiedades
mecánicas de los materiales basados en un componente metálico (aluminio)
reforzado con material compuesto (fibra de carbono) con distintas superficies
(fibra de carbono y fibra de vidrio), utilizando adhesivos industriales para formar
una estructura, con la cual se pretende evaluar la posible sustitución del acero
como material utilizado en la fabricación del chasís de los vehículos comerciales
de carga, así como tomarlo en cuenta para utilizarse en cualquier otra aplicación
automotriz. Ésta estructura tendrá la ventaja competitiva de reducir el peso total
del vehículo y permitirá al usuario reducir los costos de consumo de combustible
aumentando su eficiencia, incrementando también las capacidades de carga
durante el transporte.
Para validar la factibilidad del nuevo prototipo se realizarán pruebas a los
distintos materiales que estarán interactuando con el nuevo chasís reforzado,
tanto individualmente como en estructura, contemplando diferentes diseños que
permitan cumplir con las propiedades mecánicas estructurales mismas de un
chasís utilizado en la actualidad.
Para realizar dichas pruebas se utilizó aleación extruida de aluminio 6061,
al cual se le llevo a cabo un tratamiento térmico T6, la cual fue ensayada a
tensión individualmente. Las muestras tanto deformadas como no deformadas
fueron objeto de ensayos de microdureza Vickers y se le realizo un estudio
metalográfico para identificar lo que está generando los cambios en la dureza
del material debido a la deformación.
Para reforzar al material metálico, se utilizo como material compuesto la
fibra de carbono, la cual se obtuvo por el método de pultrusión, esto para formar
un perfil estructural de alta resistencia, el cual formará parte de la estructura tipo
“sándwich” junto con la aleación de aluminio.
Se obtuvo el material compuesto con dos distintas superficies, una con
fibra de carbono y otra con fibra de vidrio para comparar la adhesión de ambas
superficies con la aleación de aluminio, además de analizar la diferencia de
resistencia debido a la diferencia de material.
Se realizo un ensayo de adhesión a traslape, utilizando una probeta de
aluminio con una de material compuesto y se ensayo axialmente para
determinar la resistencia del adhesivo y conocer la compatibilidad del adhesivo
con las diferentes superficies. Los ensayos se realizaron a 2, 5 y 12 días de
curado para conocer la resistencia que presenta el adhesivo a diferentes
tiempos de curado y determinar el tiempo de curado mínimo necesario para
obtener una resistencia suficiente para ser utilizado estructuralmente.
El material compuesto también fue objeto de pruebas de tensión
utilizando diferentes orientaciones, 0° y 45°, para determinar cuál es la
orientación adecuada para obtener los resultados óptimos.
Utilizando la orientación adecuada, se elaboraron estructuras tipo
“sándwich” como probeta de tensión y como probeta para evaluar el
comportamiento de la estructura perforada, esto debido a que entre los
principales puntos críticos se encuentran tanto las zonas centrales de los
largueros, como las perforaciones para atornillar los distintos elementos del
vehículo al chasís. |
| format | Tesis |
| id | eprints-3516 |
| institution | UANL |
| language | Spanish / Castilian |
| publishDate | 2013 |
| record_format | eprints |
| spelling | eprints-35162019-11-27T16:08:57Z http://eprints.uanl.mx/3516/ Estudio de aleación de aluminio reforzada con materiales compuestos para reducción de peso en la industria automotriz Islas Mascareñas, José Antonio En la actualidad, en la industria automotriz existe como principal método de competencia la fabricación de vehículos cada día más eficientes tanto en potencia como en consumo de combustible, dicha eficiencia depende directamente tanto del diseño de los componentes, como del peso del vehículo, el cual depende principalmente de los materiales utilizados en su fabricación. La industria aeroespacial fue la pionera en el uso tanto del aluminio como material principal en los años 20s, como de los materiales compuestos entre los años 60s y 70s, dichos materiales tenían lugar principalmente en las estructuras de las aeronaves. Después de la industria aeroespacial en el uso de dichos materiales, se encuentra la industria automotriz, la cual en los últimos años ha incrementado el uso tanto de materiales compuestos como de aleaciones de aluminio en la fabricación de sus vehículos, buscando principalmente incrementar la eficiencia de sus vehículos sin sacrificar su desempeño y seguridad, lo cual año con año se logra aumentar con el uso de éstos materiales en diferentes componentes del automóvil. Entre los componentes más comunes en el uso de aluminio y materiales compuestos esta la estructura exterior del automóvil, entre los que sobresalen el capó, el techo, las puertas, entre otros; además de componentes tanto del motor como del interior de la cabina del vehículo. En los últimos años han sobresalido las empresas automotrices que utilizan materiales compuestos en la fabricación de sus chasises, esto debido a la gran resistencia que presentan dichos materiales, los cuales comúnmente se juntan con el aluminio para darle mayor resistencia al impacto como para formar una estructura con características tanto dúctiles como frágiles. El presente proyecto tiene como objetivo evaluar las propiedades mecánicas de los materiales basados en un componente metálico (aluminio) reforzado con material compuesto (fibra de carbono) con distintas superficies (fibra de carbono y fibra de vidrio), utilizando adhesivos industriales para formar una estructura, con la cual se pretende evaluar la posible sustitución del acero como material utilizado en la fabricación del chasís de los vehículos comerciales de carga, así como tomarlo en cuenta para utilizarse en cualquier otra aplicación automotriz. Ésta estructura tendrá la ventaja competitiva de reducir el peso total del vehículo y permitirá al usuario reducir los costos de consumo de combustible aumentando su eficiencia, incrementando también las capacidades de carga durante el transporte. Para validar la factibilidad del nuevo prototipo se realizarán pruebas a los distintos materiales que estarán interactuando con el nuevo chasís reforzado, tanto individualmente como en estructura, contemplando diferentes diseños que permitan cumplir con las propiedades mecánicas estructurales mismas de un chasís utilizado en la actualidad. Para realizar dichas pruebas se utilizó aleación extruida de aluminio 6061, al cual se le llevo a cabo un tratamiento térmico T6, la cual fue ensayada a tensión individualmente. Las muestras tanto deformadas como no deformadas fueron objeto de ensayos de microdureza Vickers y se le realizo un estudio metalográfico para identificar lo que está generando los cambios en la dureza del material debido a la deformación. Para reforzar al material metálico, se utilizo como material compuesto la fibra de carbono, la cual se obtuvo por el método de pultrusión, esto para formar un perfil estructural de alta resistencia, el cual formará parte de la estructura tipo “sándwich” junto con la aleación de aluminio. Se obtuvo el material compuesto con dos distintas superficies, una con fibra de carbono y otra con fibra de vidrio para comparar la adhesión de ambas superficies con la aleación de aluminio, además de analizar la diferencia de resistencia debido a la diferencia de material. Se realizo un ensayo de adhesión a traslape, utilizando una probeta de aluminio con una de material compuesto y se ensayo axialmente para determinar la resistencia del adhesivo y conocer la compatibilidad del adhesivo con las diferentes superficies. Los ensayos se realizaron a 2, 5 y 12 días de curado para conocer la resistencia que presenta el adhesivo a diferentes tiempos de curado y determinar el tiempo de curado mínimo necesario para obtener una resistencia suficiente para ser utilizado estructuralmente. El material compuesto también fue objeto de pruebas de tensión utilizando diferentes orientaciones, 0° y 45°, para determinar cuál es la orientación adecuada para obtener los resultados óptimos. Utilizando la orientación adecuada, se elaboraron estructuras tipo “sándwich” como probeta de tensión y como probeta para evaluar el comportamiento de la estructura perforada, esto debido a que entre los principales puntos críticos se encuentran tanto las zonas centrales de los largueros, como las perforaciones para atornillar los distintos elementos del vehículo al chasís. 2013 Tesis NonPeerReviewed text es cc_by_nc_nd http://eprints.uanl.mx/3516/1/1080256676.pdf http://eprints.uanl.mx/3516/1.haspreviewThumbnailVersion/1080256676.pdf Islas Mascareñas, José Antonio (2013) Estudio de aleación de aluminio reforzada con materiales compuestos para reducción de peso en la industria automotriz. Maestría thesis, Universidad Autónoma de Nuevo León. |
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