Curing, defects and mechanical performance of fiber-reinforced composites

Tradicionalmente, la fabricación de materiales compuestos de altas prestaciones se lleva a cabo en autoclave mediante la consolidación de preimpregnados a través de la aplicación simultánea de altas presiones y temperatura. Las elevadas presiones empleadas en autoclave reducen la porosidad de los componentes garantizando unas buenas propiedades mecánicas. Sin embargo, este sistema de fabricación conlleva tiempos de producción largos y grandes inversiones en equipamiento lo que restringe su aplicación a otros sectores alejados del sector aeronáutico. Este hecho ha generado una creciente demanda de sistemas de fabricación alternativos al autoclave. Aunque estos sistemas son capaces de reducir los tiempos de producción y el gasto energético, por lo general, dan lugar a materiales con menores prestaciones mecánicas debido a que se reduce la compactación del material al aplicar presiones mas bajas y, por tanto, la fracción volumétrica de fibras, y disminuye el control de la porosidad durante el proceso. Los modelos numéricos existentes permiten conocer los fundamentos de los mecanismos de crecimiento de poros durante la fabricación de materiales compuestos de matriz polimérica mediante autoclave. Dichos modelos analizan el comportamiento de pequeños poros esféricos embebidos en una resina viscosa. Su validez no ha sido probada, sin embargo, para la morfología típica observada en materiales compuestos fabricados fuera de autoclave, consistente en poros cilíndricos y alargados embebidos en resina y rodeados de fibras continuas. Por otro lado, aunque existe una clara evidencia experimental del efecto pernicioso de la porosidad en las prestaciones mecánicas de los materiales compuestos, no existe información detallada sobre la influencia de las condiciones de procesado en la forma, fracción volumétrica y distribución espacial de los poros en los materiales compuestos. Las técnicas de análisis convencionales para la caracterización microestructural de los materiales compuestos proporcionan información en dos dimensiones (2D) (microscopía óptica y electrónica, radiografía de rayos X, ultrasonidos, emisión acústica) y sólo algunas son adecuadas para el análisis de la porosidad. En esta tesis, se ha analizado el efecto de ciclo de curado en el desarrollo de los poros durante la consolidación de preimpregnados Hexply AS4/8552 a bajas presiones mediante moldeo por compresión, en paneles unidireccionales y multiaxiales utilizando tres ciclos de curado diferentes. Dichos ciclos fueron cuidadosamente diseñados de acuerdo a la caracterización térmica y reológica de los preimpregnados. La fracción volumétrica de poros, su forma y distribución espacial se analizaron en detalle mediante tomografía de rayos X. Esta técnica no destructiva ha demostrado su capacidad para analizar la microestructura de materiales compuestos. Se observó, que la porosidad depende en gran medida de la evolución de la viscosidad dinámica a lo largo del ciclo y que la mayoría de la porosidad inicial procedía del aire atrapado durante el apilamiento de las láminas de preimpregnado. En el caso de los laminados multiaxiales, la porosidad también se vio afectada por la secuencia de apilamiento. En general, los poros tenían forma cilíndrica y se estaban orientados en la dirección de las fibras. Además, la proyección de la población de poros a lo largo de la dirección de la fibra reveló la existencia de una estructura celular de un diámetro aproximado de 1 mm. Las paredes de las celdas correspondían con regiones con mayor densidad de fibra mientras que los poros se concentraban en el interior de las celdas. Esta distribución de la porosidad es el resultado de una consolidación no homogenea. Toda esta información es crítica a la hora de optimizar las condiciones de procesado y proporcionar datos de partida para desarrollar herramientas de simulación de los procesos de fabricación de materiales compuestos fuera de autoclave. Adicionalmente, se determinaron ciertas propiedades mecánicas dependientes de la matriz termoestable con objeto de establecer la relación entre condiciones de procesado y las prestaciones mecánicas. En el caso de los laminados unidireccionales, la resistencia interlaminar depende de la porosidad para fracciones volumétricas de poros superiores 1%. Las mismas tendencias se observaron en el caso de GIIc mientras GIc no se vio afectada por la porosidad. En el caso de los laminados multiaxiales se evaluó la influencia de la porosidad en la resistencia a compresión, la resistencia a impacto a baja velocidad y la resistencia a copresión después de impacto. La resistencia a compresión se redujo con el contenido en poros, pero éste no influyó significativamente en la resistencia a compresión despues de impacto ya que quedó enmascarada por otros factores como la secuencia de apilamiento o la magnitud del daño generado tras el impacto. Finalmente, el efecto de las condiciones de fabricación en el proceso de compactación mediante moldeo por compresión en laminados unidireccionales fue simulado mediante el método de los elementos finitos en una primera aproximación para simular la fabricación de materiales compuestos fuera de autoclave. Los parámetros del modelo se obtuvieron mediante experimentos térmicos y reológicos del preimpregnado Hexply AS4/8552. Los resultados obtenidos en la predicción de la reducción de espesor durante el proceso de consolidación concordaron razonablemente con los resultados experimentales. Manufacturing of high performance polymer-matrix composites is normally carried out by means of autoclave using prepreg tapes stacked and consolidated under the simultaneous application of pressure and temperature. High autoclave pressures reduce the porosity in the laminate and ensure excellent mechanical properties. However, this manufacturing route is expensive in terms of capital investment and processing time, hindering its application in many industrial sectors. This fact has driven the demand of alternative out-of-autoclave processing routes. These techniques claim to produce composite parts faster and at lower cost but the mechanical performance is also reduced due to the lower fiber content and to the higher porosity. Corrient numerical models are able to simulate the mechanisms of void growth in polymer-matrix composites processed in autoclave. However these models are restricted to small spherical voids surrounded by a viscous resin. Their validity is not proved for long cylindrical voids in a viscous matrix surrounded by aligned fibers, the standard morphology observed in out-of-autoclave composites. In addition, there is an experimental evidence of the detrimental effect of voids on the mechanical performance of composites but, there is detailed information regarding the influence of curing conditions on the actual volume fraction, shape and spatial distribution of voids within the laminate. The standard techniques of microstructural characterization of composites (optical or electron microscopy, X-ray radiography, ultrasonics) provide information in two dimensions and are not always suitable to determine the porosity or void population. Moreover, they can not provide 3D information. The effect of curing cycle on the development of voids during consolidation of AS4/8552 prepregs at low pressure by compression molding was studied in unidirectional and multiaxial panels. They were manufactured using three different curing cycles carefully designed following the rheological and thermal analysis of the raw prepregs. The void volume fraction, shape and spatial distribution were analyzed in detail by means of X-ray computed microtomography, which has demonstrated its potential for analyzing the microstructural features of composites. It was demonstrated that the final void volume fraction depended on the evolution of the dynamic viscosity throughout the cycle. Most of the initial voids were the result of air entrapment and wrinkles created during lay-up. Differences in the final void volume fraction depended on the processing conditions for unidirectional and multiaxial panels. Voids were rod-like shaped and were oriented parallel to the fibers and concentrated in channels along the fiber orientation. X-ray computer tomography analysis of voids along the fiber direction showed a cellular structure with an approximate cell diameter of 1 mm. The cell walls were fiber-rich regions and porosity was localized at the center of the cells. This porosity distribution within the laminate was the result of inhomogeneous consolidation. This information is critical to optimize processing parameters and to provide inputs for virtual testing and virtual processing tools. In addition, the matrix-controlled mechanical properties of the panels were measured in order to establish the relationship between processing conditions and mechanical performance. The interlaminar shear strength (ILSS) and the interlaminar toughness (GIc and GIIc) were selected to evaluate the effect of porosity on the mechanical performance of unidirectional panels. The ILSS was strongly affected by the porosity when the void contents was higher than 1%. The same trends were observed in the case of GIIc while GIc was insensitive to the void volume fraction. Additionally, the mechanical performance of multiaxial panels in compression, low velocity impact and compression after impact (CAI) was measured to address the effect of processing conditions. The compressive strength decreased with porosity and ply-clustering. However, the porosity did not influence the impact resistance and the coompression after impact strength because the effect of porosity was masked by other factors as the damage due to impact or the laminate lay-up. Finally, the effect of the processing conditions on the compaction behavior of unidirectional AS4/8552 panels manufactured by compression moulding was simulated using the finite element method, as a first approximation to more complex and accurate models for out-of autoclave curing and consolidation of composite laminates. The model parameters were obtained from rheological and thermo-mechanical experiments carried out in raw prepreg samples. The predictions of the thickness change during consolidation were in reasonable agreement with the experimental results.

Tipología de vivienda en los poblados dirigidos de renta limitada : Madrid 1956-1959

Esta tesis aborda el estudio de los poblados dirigidos de renta limitada en Madrid, enmarcados en el plan Nacional de vivienda de 1955. Para contextualizar la actuación se estudian las diferentes estrategias de la Administración para erradicar el chabolismo en el extrarradio de Madrid, crear vivienda digna y generar empleo. Uno de estas estrategias que carccteriza los poblados dirigidos, es la "prestación personal" o autoconstruccón que permite a los inmigrantes procedentes del campo sin cualificación acceder a una viviendo digna aportando su propio trabajo los domingos y días de flesta. El interés de esta tesis radica en la investigación, propuesta y experimentación que los poblados dirigidos suponen en el campo de la vivienda social en nuestro pais, que rompen con lo arquitectura estatal ejecutada para viviendo modesta hasta la fecha. Esta actuación es relevante y significativa en la arquitectura de la segunda mitad del siglo XX y sus arquitectos, por entonces jóvenes entusiastas de la arquitectura foránea, son maestros reconocidos de la arquitectura española contemporánea. El objetivo fundamental de la tesis es descubrir, a través del dibujo y el análisis crítico comparativo de las distintas tipologías de vivienda las estrategias empleadas por los arquitectos para conciliar la arquitectura de vanguardia con los necesidades específicas de los adjudicatarios, el sistema de prestación personal y la escasez de medios del momento. Se analiza cómo estas viviendas de los poblados sirvieron de via para introducir el tenguaje del Movlmiento Moderno en la arquitectura social de la época, descubriendo por medio del análisis tipológico si se trata de una adaptación del lenguaje a unas necesidades, concretos o una implantación importada. Resulta Fundamental el estudio de la legislación, la bibiiograffa y revistas, las entrevistas personales a arquitectos protagoniatas y un laborioso trabajo de campo que permite llevar a cabo una radiografía de la realidad construida de los poblados en el estado actual. Se emplea el dibujo como herramienta de lnvestigación a partir de los proyectos originales obrantes en los numerosos archivos consultados y se aportan díbujos de todas las tipologías de las viviendos de los poblados dirigidos de renta limitada, incluso las no construidas, sacando a la luz tipologías no publicadas hasta la fecha. Esta documentación gráfica e1oborada, representa por si misma una conclusión y aportación relevante de este trabajo.

Combatiendo el abandono: instrumento de autoevaluación de la práctica docente del profesor universitario

La calidad educativa de las universidades no solo se mide por la formación y número de egresados. También es relevante el número de estudiantes que abandonan sus estudios. En los últimos tiempos ha surgido una creciente preocupación institucional por analizar y combatir el abandono en el nivel de Educación Superior. Se presenta un estudio que se encuadra en el esfuerzo que está realizando la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) para la mejora del perfil profesional docente de sus profesores con el objeto de reducir el absentismo y abandono de los estudiantes. En el marco del proyecto transversal ?El índice de permanencia, como criterio de calidad y propuestas para rebajar las tasas de abandono en las Titulaciones de Grado de la UPM? y como continuación de estudios anteriores que concluyeron con la formulación de un decálogo de buenas prácticas docentes, se ofrece un instrumento de auto-evaluación que permite al profesorado conocer su situación respecto del mismo. Hasta la fecha ha sido frecuente abordar el estudio del absentismo desde la perspectiva del estudiante a partir de entrevistas en profundidad o cuestionarios. De ahí que la aportación de este trabajo es que se centra en la figura del profesor, como forma de afrontar la mejora de las tasas de absentismo. La escala recoge diversas dimensiones, a modo de rúbrica, en la que cada profesor ha de indicar cuál refleja mejor su actuación y práctica docente. En concreto, se valoran tres aspectos: 1) actitud personal ante la docencia, que incluye preocupación por su actualización psicopedagógica; 2) metodología didáctica, analizando, entre otros, el desarrollo de la clase, material utilizado, evaluación y realimentación; y, 3) relación con los estudiantes, tanto desde el punto de vista de la empatía como de su acción tutorial. Los resultados ofrecen un informe que promoverá la reflexión acerca de su práctica educativa, ofreciendo orientaciones para su mejora. Aplicado a una muestra incidental del profesorado de la UPM, se presentan los resultados descriptivos obtenidos. Su análisis permitirá realizar una radiografía actualizada de la realidad docente de nuestro profesorado frente a la definida a partir del decálogo. Disponer de una herramienta de esta naturaleza, de carácter voluntario y personal, de fácil acceso, aplicación, sostenible y directa, promoverá en el profesorado que así lo desee una actitud de constante reflexión y mejora de los aspectos que el informe señala.