RESUMEN Este artículo presenta el estudio experimental y numérico del efecto de las tensiones térmicas en el comportamiento mecánico de placas reforzadas. El estudio se centra en el análisis de placas cuadradas de carbono/epoxi en las cuales fueron pegados refuerzos diagonales. Estos refuerzos fueron pegados siguiendo dos metodologías diferentes: la primera consistió en pegar los refuerzos a temperatura de servicio (22 °C), mientras que en la segunda, los refuerzos fueron curados en autoclave a temperatura de 177 °C. La evaluación del comportamiento mecánico se basó en la realización de ensayos de rigidez, vibración libre y pandeo. Para el estudio de la rigidez de las placas, se utilizó una técnica óptica que permite determinar de manera precisa los desplazamientos fuera del plano cuando una fuerza estática transversal es aplicada. Para los ensayos de vibración fueron determinadas las frecuencias naturales asociadas a los primeros cuatro modos de vibración libre mediante el uso de un analizador de señales dinámicos. Para los ensayos de pandeo, fueron realizados ensayos de compresión en una máquina universal de ensayos, determinando los desplazamientos producidos durante el ensayo por medio de un procedimiento de procesamiento digital de imágenes. Todos los resultados obtenidos experimentalmente fueron comparados con resultados logrados a partir de aproximaciones numéricas realizadas con software comercial. Los resultados muestran el efecto de las tensiones térmicas residuales que se originan durante la manufactura de las placas en el desempeño mecánico de placas reforzadas diagonalmente.

ABSTRACT This paper presents an experimental and numerical study of the effect of residual thermal stresses on the mechanical behavior of diagonally reinforced plates. The study focuses on the analysis of carbon/epoxy square plates onto which diagonal reinforcements were glued. These reinforcements were glued using two different methodologies: the first method was to glue the reinforcements at operating temperature (22 °C), while in the second methodology reinforcements were cured in an autoclave at 177 °C. Mechanical behavior assessment was based on the stiffness, free vibration, and buckling tests. For the study of the stiffness of the plates, an optical technique to determine the transversal displacement caused by the presence of a static load was employed. For the vibration tests, the natural frequencies associated with the first four modes of free vibration were determined by using a dynamic signal analyzer. For the linear and non-linear buckling, compression tests on a universal testing machine were performed, determining the displacements produced during the test using the digital image processing method. All experimental results were compared with results obtained from numerical approximations made with commercial software. The results show the effect of residual thermal stresses caused during the manufacturing process on the mechanical performance of diagonally reinforced plates.

Resumen El uso de compuestos laminados se ha incrementado en la ingeniería moderna, fundamentalmente en proyectos en los cuales se requiere garantizar una adecuada resistencia y durabilidad. Se ha comprobado que algunas de las propiedades del material pueden ser afectadas por la aparición de tensiones residuales durante el proceso de manufactura. En este artículo, la influencia de las tensiones térmicas residuales en la vibración libre de compuestos laminados es analizada. Para el estudio experimental se empleó un laminado cuadrado de tipo pre-impregnado. El laminado fue reforzado usando dos tipos de refuerzos: laterales y perimetrales. Las placas fueron elaboradas usando dos diferentes técnicas: el primer tipo de laminados fue elaborado curando tanto la placa como los refuerzos a 177 °C de manera simultánea y posteriormente enfriados a la temperatura de servicio, mientras que para el segundo tipo de placas tanto las láminas como los refuerzos fueron preparados de forma independiente y pegados a temperatura de operación (22 °C). Un modelo numérico fue elaborado para comparar estos resultados con los resultados experimentales. Una buena precisión fue observada al comparar resultados numéricos y experimentales, mostrando que la presencia de tensiones térmicas residuales afecta el valor de las frecuencias naturales de vibración libre y la forma modal característica. Independientemente del tipo de refuerzo empleado, un notable incremento en estos valores fue observado, cuando el elemento se encuentra simplemente apoyado.

Abstract The use of laminated composite materials has increased in modern engineering, mainly in those projects that require an assurance of good strength and durability. It has been found that some properties of the material that ensure proper performance can be affected by the occurrence of residual stresses caused by the manufacturing process. In this paper, the influence of thermal residual stresses on the free vibration of reinforced plates is analyzed. For the experimental study, a square, reinforced, prepreg laminate was used. The laminate was reinforced using two different types of reinforcement: lateral and perimetral. The plates were prepared using two different techniques. The first group of laminates was prepared by curing the reinforcement at 177 °C. The second group of laminates was prepared by secondary bonding of the reinforcement to the laminate at room temperature (22 °C). A numerical model was elaborated for comparison with the experimental results. Accuracy was observed when comparing experimental and numerical results, showing that the presence of residual thermal stress affects the value of the natural frequencies of free vibration and the characteristic modal form of reinforced plates. Regardless of the type of reinforcement used, a notable increase in these values was observed, even when the element was simply supported.

En este trabajo se produjeron películas de DLC (Diamond-like Carbon) sobre sustratos de acero inoxidable AISI 304 y acero al carbono AISI 1020. Las películas fueron depositadas utilizando la técnica de descarga en plasma DC-pulsada PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) empleando hexano (C6H14) como gas precursor. Con el objetivo de elevar la adherencia de las películas a los substratos de acero, una intercapa de silicio amorfo fue depositada utilizando la misma técnica de deposición y gas silano (SiH4) como precursor. Las películas de DLC fueron caracterizadas a través de sus propiedades mecánicas y tribológicas, así como de su resistencia a la corrosión. Los resultados experimentales demostraron que la utilización de la intercapa de silicio amorfo aumenta considerablemente la adherencia de las películas a los substratos de acero. Un aumento considerable en la dureza permitió la disminución del coeficiente de fricción y un incremento a la resistencia al desgaste, así como un aumento de la resistencia a la corrosión en la superficie de los aceros.

In this work, DLC films were produced on AISI 304 stainless steel and AISI 1020 carbon steel substrates. The films were deposited using the pulsed - DC discharge PECVD technique and hexane (C6H14) as a precursor atmosphere. With the aim of improving the adhesion, an interlayer of amorphous silicon was deposited using the same deposition technique and silane gas (SiH4) as precursor. The mechanical and tribological properties, as well as corrosion resistance, were determined in the DLC films. The experimental results showed that the use of the amorphous silicon interlayer significantly increases the adhesion of the films on steel substrates. The high films hardness values allowed the reduction of the friction coefficient and increased wear resistance. The corrosion resistance of the steel surfaces also was improved.

Adherent and low-stress a-C:H films were deposited on Ti6Al4V and stainless steel substrates using PECVD and IBAD techniques. An amorphous silicon interlayer was applied to improve the adhesion of the a-C:H films on the metal substrates. The XPS technique was employed to analyze the chemical bondings within the interfaces. The elemental composition and atomic density of the films were determined by ion beam analysis. The film microstructure was studied by means of Raman scattering spectroscopy. The mechanical properties were determined by means of stress and hardness measurements. The adherence was evaluated by means of scratch tests. The tests showed that the composition, the microstructure, and the mechanical properties of the films depend on the intensity of the ion bombardment and on the ion current.