¿Por qué la precisión es importante en las pruebas de materiales compuestos?: Perspectivas de un estudio global interlaboratorios
Escrito por: Nick Erickson
Cuando se trata de probar materiales avanzados como los compuestos de fibra de carbono, la precisión no es solo un extra, sino una cuestión de seguridad. Estos materiales son esenciales en las industrias aeroespacial, automotriz y energética actuales. Confiamos en ellos con nuestras vidas, por lo que comprender su verdadera resistencia es fundamental. Pero aquí está el desafío: incluso cuando los laboratorios siguen normas internacionales como ASTM e ISO, los resultados pueden variar. ¿Por qué?
Un reciente estudio interlaboratorios para pruebas de tracción longitudinal de materiales compuestos unidireccionales se propuso responder a esa pregunta. Siete laboratorios de todo el mundo, incluido Instron, participaron en este ambicioso estudio, probando seis estilos de cupones diferentes de materiales compuestos unidireccionales de fibra de carbono. ¿El objetivo? Encontrar la forma más fiable de medir la resistencia absoluta de estos materiales.
El problema: ¿Por qué varían los resultados?
Los materiales compuestos unidireccionales de fibra de carbono son increíblemente resistentes, pero medir esa resistencia con precisión no es necesariamente fácil. Incluso cuando los laboratorios siguen las normas ASTM e ISO, los resultados a menudo difieren. ¿La variación se debe al material, a la forma del cupón, al equipo o a otra cosa? Estas inconsistencias plantean preguntas críticas para los ingenieros que diseñan aviones, automóviles y turbinas eólicas. El estudio interlaboratorios se propuso descubrir por qué, y cómo lograr resultados más fiables.
Consiga una buena alineación: la clave para un ensayo fiable
La desalineación es una de las mayores fuentes de variabilidad en las pruebas de materiales compuestos. Este informe técnico desglosa los componentes críticos (sistema, accesorios y herramientas de alineación) que necesita para hacerlo bien en todo momento.
El experimento: ¿Qué se probó?
El estudio comparó seis diseños de cupones: tres rectangulares (con pestañas rectangulares cónicas y en forma de flecha), sándwich (laminado UD intercalado entre dos capas exteriores de fibra de vidrio) y mariposa (delgado y grueso). Todas las muestras fueron fabricadas y cortadas por el mismo laboratorio antes de ser aleatorizadas y enviadas a los participantes.
El objetivo era determinar si la forma del cupón o las diferentes condiciones de laboratorio influían en la resistencia y la consistencia de los resultados. Sorprendentemente, ninguno de los dos fue un factor importante. Las variaciones entre laboratorios fueron mayores que las variaciones entre diseños, pero en general, fueron relativamente pequeñas. La clave real no fue la geometría o el laboratorio, sino la meticulosa preparación de las muestras.
Los investigadores descubrieron que el método de corte era importante. El corte por chorro de agua introdujo bordes rugosos, lo que redujo significativamente la resistencia. Por el contrario, una sierra de disco de diamante produjo bordes lisos y limpios, minimizando los defectos y ofreciendo resultados consistentes.
Desafío adicional: Validación de la rotura
Las probetas de materiales compuestos no suelen fallar limpiamente, sino que se rompen de forma explosiva. Esto dificulta saber si un fallo se produjo en la sección de medición correcta o cerca de las mordazas, donde las concentraciones de tensión pueden sesgar los resultados. Entonces, ¿cómo se valida una prueba?
La solución: Cámaras de alta velocidad y medición sin contacto
Al filmar las pruebas a miles de fotogramas por segundo, los investigadores pudieron identificar el momento y el lugar exactos del fallo. Cabe señalar que una cámara de alta velocidad es una excelente herramienta de investigación, pero no es una solución práctica para las pruebas rutinarias.
Medición de la deformación: Galgas extensométricas frente a ópticas
Tradicionalmente, muchos investigadores han considerado que las galgas extensométricas o los extensómetros de contacto son la forma más fiable de medir la deformación en las pruebas de materiales compuestos. Sin embargo, este estudio descubrió que los extensómetros ópticos y la correlación de imagen digital (DIC) de campo completo funcionaban tan bien como las galgas extensométricas, con desviaciones estándar similares en las mediciones del módulo.
Algo que destacó fueron las limitaciones de las galgas extensométricas a la hora de medir la deformación en el momento del fallo. Las pruebas con galgas extensométricas tuvieron un mayor número de fallos, a menudo debido a que la división en la superficie de la probeta interrumpía el contacto de la galga. ¿La conclusión? Los métodos ópticos no solo son tan precisos como las galgas extensométricas, sino que a menudo son más prácticos y menos propensos a fallar. Evitan problemas con las divisiones de la superficie y reducen el riesgo de datos de deformación incompletos, lo que los convierte en una opción sólida para las pruebas de materiales compuestos.
Recomendaciones clave del estudio
- Perfeccione el corte. Utilice herramientas de corte de precisión como las sierras de disco de diamante para evitar defectos en los bordes.
- Opte por la medición sin contacto. Los extensómetros ópticos proporcionan una medición precisa de la deformación sin el riesgo de interrupción de la superficie.
- Valide sus datos. Descarte las pruebas que muestren caídas de tensión tempranas (> 3%) antes de la rotura final, ya que es probable que la muestra esté dañada.
Por qué esto es importante
Esta investigación subraya una verdad vital: las pruebas precisas de materiales compuestos no se basan tanto en la forma del cupón o en el laboratorio, sino más bien en la preparación y la precisión. Al adoptar estas mejores prácticas, los ingenieros pueden diseñar aviones, automóviles y turbinas eólicas más seguros, garantizando que estos materiales funcionen como se espera en condiciones reales.
¿Listo para mejorar sus pruebas de materiales compuestos?
El estudio destaca el valor de los extensómetros ópticos sin contacto para las pruebas de materiales compuestos. El extensómetro de vídeo avanzado AVE3 de Instron ofrece estas capacidades recomendadas con una medición de la deformación sin contacto de alta precisión. Explore nuestras soluciones y obtenga más información en nuestro centro de conocimiento de materiales compuestos.
Lea el informe completo:
Programa interlaboratorios para pruebas de tracción longitudinal de materiales compuestos unidireccionales: resultados, conclusiones y recomendaciones
Referencia de la imagen
Fazlali, Babak, et al. “Round-Robin Programme for Longitudinal Tensile Testing of Unidirectional Composites: Results, Conclusions, and Recommendations.” Polymer Testing, vol. 152, Nov. 2025, p. 108974, www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142941825002880?via%3Dihub, https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2025.108974. Consultado el 15 de enero de 2026.
