Compuesto con estructura tipo sándwich

En ciencia de los materiales , un compuesto con estructura tipo sándwich es una clase especial de material compuesto que se fabrica uniendo dos capas delgadas pero rígidas a un núcleo ligero pero grueso. El material del núcleo suele tener baja resistencia, pero su mayor grosor proporciona al compuesto tipo sándwich una alta rigidez a la flexión con una densidad general baja .

Las espumas de estructura de celda abierta y cerrada, como las de polietersulfona , cloruro de polivinilo , poliuretano , polietileno o poliestireno , la madera de balsa , las espumas sintácticas y las estructuras de panal , se utilizan comúnmente como materiales de núcleo. En ocasiones, la estructura de panal se rellena con otras espumas para mayor resistencia. Las espumas metálicas de celda abierta y cerrada también pueden utilizarse como materiales de núcleo.

Los laminados de termoplásticos o polímeros termoestables reforzados con fibra de vidrio o de carbono ( poliésteres insaturados , epoxis , etc.) se utilizan ampliamente como materiales de revestimiento. En algunos casos, también se utiliza chapa metálica como material de revestimiento.

El núcleo se une a las capas exteriores mediante un adhesivo o, en el caso de componentes metálicos, mediante soldadura fuerte .

A continuación se presenta un resumen de los desarrollos importantes en estructuras tipo sándwich. ^{[ 1 ]}

• 230 a. C. – Arquímedes describe las leyes de las palancas y un método para calcular la densidad.
• 25 a. C. – Vitruvio informa sobre el uso eficiente de los materiales en las estructuras de techos de cerchas romanas .
• 1493 – Leonardo da Vinci descubre el eje neutro y la relación carga-deformación en la flexión de tres puntos.
• 1570 – Palladio presenta construcciones de vigas de celosía con vigas diagonales para evitar deformaciones por cortante .
• 1638 – Galileo Galilei describe la eficiencia de los tubos frente a las varillas sólidas.
• 1652 – Wendelin Schildknecht informa sobre estructuras de vigas sándwich con refuerzos de vigas de madera curvadas.
• 1726 – Jacob Leupold documenta puentes tubulares con techos sometidos a cargas de compresión.
• 1786 – Victor Louis utiliza vigas sándwich de hierro en las galerías del Palais-Royal de París.
• 1802 – Jean-Baptiste Rondelet analiza y documenta el efecto sándwich en una viga con separadores.
• 1820 – Alphonse Duleau descubre y publica el momento de inercia para construcciones tipo sándwich.
• 1830 – Robert Stephenson construye la locomotora Planet utilizando un bastidor de vigas tipo sándwich hecho de madera revestida de hierro.
• 1914 – R. Höfler y S. Renyi patentan el primer uso de estructuras de panal para aplicaciones estructurales.
• 1915 – Hugo Junkers patenta los primeros núcleos de panal de abeja para aplicaciones aeronáuticas.
• 1934 – Edward G. Budd patenta un panel sándwich de acero alveolar soldado fabricado con láminas de metal corrugado.
• 1937 – Claude Dornier patenta un panel sándwich de estructura alveolar con revestimientos prensados ​​en estado plástico sobre las paredes celulares del núcleo.
• 1938 – Norman de Bruyne patenta la unión adhesiva estructural de estructuras sándwich de panal de abeja.
• 1940 – El de Havilland Mosquito se construyó con compuestos tipo sándwich: un núcleo de madera de balsa con revestimientos de madera contrachapada . ^{[ 2 ]}

El material compuesto metálico (MCM) es un tipo de sándwich formado por dos finas láminas de metal unidas a un núcleo de plástico en un proceso continuo bajo presión, calor y tensión controlados. ^{[ 3 ]}

También se está utilizando papel reciclado sobre un núcleo de nido de abeja de papel kraft reciclado de celda cerrada, creando un tablero compuesto ligero, resistente y totalmente repulpable. Este material se emplea en aplicaciones como expositores para puntos de venta, mamparas, mobiliario de oficina reciclable, stands de exposición, separadores de paredes y paneles para terrazas. ^{[ 4 ]}

Para fijar diferentes paneles, entre otras soluciones, se suele utilizar una zona de transición, que consiste en una reducción gradual de la altura del núcleo hasta que las dos láminas de fibra entran en contacto. En este punto, la fijación se puede realizar mediante pernos, remaches o adhesivo.

Con respecto al tipo de núcleo y la forma en que el núcleo soporta las pieles, las estructuras sándwich se pueden dividir en los siguientes grupos: soporte homogéneo, soporte local, soporte regional, soporte unidireccional, soporte bidireccional. ^{[ 5 ]} El último grupo está representado por la estructura de panal que, debido a una relación óptima rendimiento-peso, se utiliza típicamente en las aplicaciones más exigentes, incluyendo la aeroespacial .

La resistencia del material compuesto depende en gran medida de dos factores:

1. Las capas exteriores: Si el sándwich se apoya en ambos lados y luego se somete a tensión mediante una fuerza descendente en el centro de la viga, el momento flector generará fuerzas cortantes en el material. Estas fuerzas cortantes tensan la capa inferior y comprimen la capa superior. El material del núcleo separa estas dos capas. Cuanto más grueso sea el material del núcleo, más resistente será el compuesto. Este principio funciona de manera muy similar al de una viga en I. ^{[ 6 ]}
2. La interfaz entre el núcleo y la piel: Debido a que las tensiones de corte en el material compuesto varían rápidamente entre el núcleo y la piel, la capa adhesiva también experimenta cierto grado de fuerza de corte. Si la unión adhesiva entre las dos capas es demasiado débil, el resultado más probable será la delaminación. La falla de la interfaz entre la piel y el núcleo es crítica y el modo de daño más común. La propensión de este daño a propagarse a través de la interfaz o penetrar en la piel o el núcleo está determinada por el componente de corte. ^{[ 7 ]}

Las estructuras sándwich se pueden utilizar ampliamente en paneles sándwich , con diferentes tipos como paneles sándwich de FRP, paneles compuestos de aluminio , etc. El panel de nido de abeja compuesto reforzado con poliéster reforzado con FRP (panel sándwich) está hecho de plástico reforzado con poliéster, fibra de vidrio multiaxial de alta resistencia y panel de nido de abeja de PP en un molde especial con patrón antideslizante a través del proceso de adsorción, aglutinación y solidificación al vacío a temperatura constante.

La teoría sándwich ^{[ 8 ] [ 9 ]} describe el comportamiento de una viga , placa o lámina compuesta por tres capas: dos láminas exteriores y un núcleo. La teoría sándwich más utilizada es la lineal , que constituye una extensión de la teoría de vigas de primer orden . La teoría sándwich de pandeo local lineal es importante para el diseño y análisis de placas o paneles sándwich , que se emplean en la construcción de edificios, vehículos, aeronaves e ingeniería de refrigeración.

• Panel sándwich
• Sistema de placas sándwich
• Panal de abeja compuesto
• Estructuras de panal
• teoría del sándwich
• Rayo de chispa
• Doblado
• teoría de haces
• Material compuesto
• Criterios de rendimiento de Hill
• teoría de vigas de Timoshenko
• teoría de placas

• SandwichPanels.org – Información sobre la estructura compuesta tipo sándwich
• Manual del sándwich para diabéticos
• Tecnología de diseño de sándwich de panal
• Materiales de núcleo de sándwich de madera de ingeniería. Archivado el 17/06/2011 en Wayback Machine – Información sobre estructuras sándwich compuestas.
• -Aplicación de un panel sándwich de nido de abeja de aluminio como absorbedor de energía en la parte delantera de un tren de alta velocidad