ASTM D2344: Ensayo de resistencia a viga corta para compuestos de matriz polimérica
¿Qué es ASTM D2344?
ASTM D2344 es el método de ensayo estándar para determinar la resistencia a viga corta de materiales compuestos de matriz polimérica con refuerzo de fibra continua o discontinua. Se aplica a compuestos cuyas propiedades elásticas están equilibradas y son simétricas con respecto al eje longitudinal de la probeta en forma de viga.
El ensayo carga una probeta de viga corta en una configuración de flexión a 3 puntos. Dado que la probeta es corta en relación con su espesor, la carga está diseñada para promover un fallo por cizallamiento interlaminar en lugar del fallo típico por flexión. Se permiten espesores de probeta entre 2 mm y 6 mm, y la relación entre la longitud del vano de carga y el espesor de la probeta debe mantenerse en 4,0 para inducir de forma fiable este modo de fallo por cizallamiento.
¿Por qué se utiliza ASTM D2344?
Los fabricantes de materiales compuestos utilizan ASTM D2344 principalmente como herramienta de control de calidad y de especificación de proceso. Es una forma rápida y de bajo coste de:
- Verificar que un laminado compuesto se ha curado correctamente
- Detectar defectos de fabricación como porosidad o delaminación
- Supervisar la consistencia del apilado de capas y otras técnicas de fabricación
Dado que el ensayo es rápido de ejecutar y requiere probetas relativamente sencillas, se adopta ampliamente como método de cribado rutinario en lugar de un método para generar datos admisibles para diseño.
¿Quién utiliza ASTM D2344?
Este método lo utilizan:
- Fabricantes de materiales compuestos que realizan controles de calidad de material entrante o en proceso
- Ingenieros de proceso que validan ciclos de curado y la consistencia del apilado
- Laboratorios de ensayo de materiales que dan soporte a programas de aeroespacial, automoción, marinos e industriales de materiales compuestos
Mediciones y resultados clave
ASTM D2344 produce un único resultado calculado: la resistencia aparente al cizallamiento interlaminar (ILSS), más comúnmente denominada resistencia a viga corta (SBS).
La resistencia aparente al cizallamiento interlaminar se calcula mediante la siguiente fórmula:
Donde:
- Fsbs = resistencia aparente al cizallamiento interlaminar (resistencia a viga corta)
- Pm = carga máxima observada durante el ensayo
- b = anchura medida de la probeta
- h = espesor medido de la probeta
Además de este valor calculado, ASTM D2344 exige a los usuarios identificar e informar del modo de fallo observado en cada probeta ensayada. La norma ofrece orientación sobre los modos de fallo habituales en la Figura 7 del método de ensayo, e identificar correctamente el modo de fallo es esencial: un modo de fallo que no sea por cizallamiento interlaminar puede invalidar el valor de resistencia calculado como medida real de la resistencia al cizallamiento interlaminar.
ASTM D2344 vs. ISO 14130: ¿cómo se comparan?
Los ingenieros y laboratorios que trabajan a nivel internacional a menudo necesitan saber cómo se relaciona ASTM D2344 con ISO 14130, la norma internacional comparable. Ambos métodos miden la resistencia aparente al cizallamiento interlaminar de compuestos plásticos reforzados con fibra utilizando una configuración de carga de flexión a 3 puntos en viga corta, pero existen diferencias significativas en el alcance y la geometría del utillaje.
| Atributo | ASTM D2344 | ISO 14130 |
|---|---|---|
| Requisito de simetría de la probeta | Se aplica específicamente a laminados equilibrados y simétricos | No excluye probetas no equilibradas/no simétricas, pero señala posibles efectos en los resultados |
| Geometría de la probeta | Cubre probetas planas y curvas | Solo probetas planas y rectangulares |
| Diámetro del elemento de carga | 6 mm | 10 mm |
| Diámetro del apoyo | 3 mm | 4 mm |
| Dureza del elemento de carga/apoyo | Especificada: 60–62 HRC | No especificada |
| Relación vano/espesor de la probeta | 4:1 | 5:1 |
¿Qué norma debería utilizar?
- Elija ASTM D2344 si trabaja dentro de una cadena de suministro estadounidense/impulsada por el sector aeroespacial, necesita ensayar probetas curvas (como secciones de tubos o estructuras cilíndricas) además de planas, o necesita trazabilidad a utillajes de carga con dureza especificada.
- Elija ISO 14130 si su programa sigue especificaciones europeas/internacionales, o si su cliente o la norma aplicable exige específicamente datos de ensayo ISO.
Dado que las dos normas utilizan geometrías de utillaje y relaciones de vano diferentes, los resultados de ASTM D2344 e ISO 14130 no son directamente intercambiables; comparar valores de resistencia a viga corta entre ambas normas sin tener en cuenta estas diferencias puede llevar a conclusiones engañosas.
Requisitos de la probeta
Dimensiones de las probetas
- Espesor mínimo de la probeta: 2 mm
- Longitud de la probeta: 6 × espesor de la probeta
- Anchura de la probeta: 2 × espesor de la probeta
Estas deben considerarse dimensiones recomendadas, pero se permiten otras dimensiones siempre que se mantengan estas relaciones rectoras.
Preparación de probetas
ASTM D2344 hace referencia a ASTM D5687/D5687M como guía para la preparación de probetas y recomienda seguir sus prácticas siempre que sea posible, incluida la orientación sobre mecanizado, acabado de cantos y evitar daños en la probeta durante la preparación.
Medición de probetas
La medición precisa de la probeta es fundamental para un cálculo válido de la resistencia a viga corta:
- Espesor y anchura: Mida con un micrómetro con interfaz de bola de diámetro nominal de 4–7 mm, o con un yunque plano. Se recomienda una interfaz de bola para probetas sin superficies lisas.
- Longitud: Mida con un micrómetro o un calibre con interfaz de yunque plano.
Equipo de ensayo recomendado para ASTM D2344
Dado que la precisión del vano y la geometría de carga están directamente ligadas a inducir el modo de fallo correcto, la selección del equipo y la precisión del utillaje son muy importantes para obtener resultados ASTM D2344 fiables y repetibles. A continuación se muestra una configuración de equipo recomendada.
Sistema de pruebas
Una máquina universal de ensayos de la Serie 6800 con capacidad de 10 kN suele ser suficiente para ensayos ASTM D2344, dadas las cargas relativamente bajas implicadas en el ensayo de viga corta.
Sin embargo, los laboratorios de compuestos a menudo también realizan ensayos de tracción y compresión, que normalmente requieren capacidades de fuerza más altas —habitualmente en el rango de 100 kN o 300 kN, según el material y la aplicación—. En estos casos, también puede utilizarse un bastidor de mayor capacidad para ensayos ASTM D2344, lo que permite a un laboratorio estandarizar en un único bastidor para múltiples métodos de ensayo de compuestos.
Célula de carga
Conviene priorizar una célula de carga con un rango de medida de 1:1000, ya que las fuerzas de ASTM D2344 son relativamente bajas en comparación con otros ensayos de cupones de compuestos como tracción y compresión. Cuando se combinan con un sistema de ensayo de la Serie 6800, las células de carga de la Serie 2580 de Instron ofrecen una precisión del 0,5 % de la lectura hasta 1/1000 de la capacidad de la célula de carga. Esto significa que los laboratorios que utilizan células de carga de mayor capacidad (como 100 o 300 kN) para otros ensayos de compuestos normalmente pueden usar esa misma célula de carga para ensayos ASTM D2344, sin necesidad de cambiarla ni añadir una célula de carga independiente de menor capacidad.
Utillaje de ensayo
Se requiere un utillaje de flexión y de resistencia al cizallamiento interlaminar para aplicar la configuración de carga especificada por la norma (número de catálogo: CP110860). Este utillaje se combina con un juego de yunques acorde con la versión de la norma que se esté siguiendo:
- Un juego de yunques para ASTM D2344 estándar (número de catálogo: CP107574), o
- Un juego de yunques para la versión métrica, ASTM D2344M (número de catálogo: CP106695)
Se recomienda encarecidamente un juego de ajuste de vano de precisión para configurar con exactitud los vanos de apoyo, ya que el fallo por cizallamiento interlaminar es muy sensible a la relación correcta entre vano y espesor. La versión de Instron (número de catálogo: CP108199) incluye dos micrómetros que permiten ajustar los vanos con una precisión de 0,01 mm.
Hardware de soporte
- El utillaje de flexión de viga corta de Instron requiere un plato de compresión de al menos 100 mm de diámetro debajo. Un plato de 150 mm de diámetro (número de catálogo: 2501-163) es una opción adecuada.
- El yunque superior se conecta mediante una conexión Tipo Dm, lo que permite el acoplamiento directo a una conexión Tipo Df de la célula de carga sin adaptadores adicionales.
- Los topes de probeta se incluyen con los juegos de yunques, lo que simplifica la configuración para los laboratorios que se inician con el método.
Consejos para un ensayo ASTM D2344 fiable
- Utilice los topes de probeta en el utillaje de flexión para centrar la probeta de forma fácil y consistente entre los yunques de apoyo. Pequeños errores de colocación pueden afectar a la precisión del vano y al modo de fallo.
- Para laboratorios que requieren un control más estricto del vano, el utillaje CP110860 permite montar los micrómetros CP108199 directamente en los yunques inferiores de ILSS, lo que permite ajustar el vano con precisión dentro de una tolerancia de 0,01 mm con respecto al yunque superior.
Una nota sobre esta guía
Esta página está pensada como una guía informativa general sobre ASTM D2344 y no sustituye al método de ensayo completo. La preparación de probetas, el ensayo y el informe de resultados deben seguir siempre la versión completa y vigente de la norma. La norma oficial puede adquirirse directamente a ASTM: ASTM D2344/D2344M.
Preguntas frecuentes (FAQ)
La resistencia a viga corta (resistencia aparente al cizallamiento interlaminar) se calcula como:
donde Pm es la carga máxima observada, b es la anchura de la probeta y h es el espesor de la probeta.
Explore las soluciones de Instron para el ensayo de materiales compuestos
Desde el sistema de ensayo hasta el utillaje y el software, Instron tiene las herramientas que los fabricantes de compuestos, los laboratorios de ensayo y los equipos de calidad necesitan para realizar ensayos mecánicos precisos y repetibles.
Utillajes y accesorios diseñados específicamente para ensayos de flexión, tracción y compresión de compuestos de matriz polimérica, diseñados para ofrecer precisión y repetibilidad en una amplia gama de aplicaciones.
Bastidores de carga configurables con la precisión y la compatibilidad de accesorios necesarias para toda la gama de ensayos de materiales compuestos, capaces de cumplir los requisitos de alineación Nadcap.
Software centralizado de gestión de laboratorio para estandarizar métodos de ensayo y mantener la integridad y la seguridad de los datos en programas y bastidores de ensayo de materiales compuestos.
o
Hable con un experto de Instron
Obtenga orientación específica por aplicación sobre el ensayo de compuestos de matriz polimérica.
Sobre el autor
Stephan Botzki
Stephan Botzki es Senior Applications Engineer en Instron, donde trabaja con clientes para identificar la configuración de ensayo óptima que cumpla los requisitos de aplicación para el ensayo mecánico de materiales compuestos. Está especializado en ensayos estáticos de alta fuerza de compuestos y otros materiales avanzados, y es un miembro clave del Comité ASTM D30 sobre materiales compuestos. Su trabajo conecta normas rigurosas con aplicaciones reales en el ensayo de materiales.
Recursos
- Ficha técnica del utillaje de ensayo de flexión y resistencia al cizallamiento interlaminar
- Utillajes de ensayo para materiales compuestos
- Reducción de la variabilidad en las pruebas de materiales compuestos - Documento técnico
- Más información sobre las soluciones de Instron para el ensayo de materiales compuestos
- Catálogo Instron: Accesorios para ensayos de materiales
