Compuesto con estructura tipo sándwich

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

Las espumas con estructura de celdas abiertas y cerradas, como la polietersulfona , el cloruro de polivinilo , el poliuretano , las espumas de polietileno o poliestireno , la madera de balsa , las espumas sintácticas y los panales de abeja , son materiales básicos de uso común. A veces, la estructura de panal de abeja se rellena con otras espumas para mayor resistencia. También se pueden utilizar como materiales básicos espumas metálicas de celdas abiertas y cerradas .

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

El núcleo se une a las pieles con un adhesivo o con componentes metálicos mediante soldadura fuerte.

A continuación se ofrece un resumen de los avances más importantes en estructuras tipo sándwich. ^[1]

• 230 a. C. Arquímedes describe las leyes de las palancas y una forma de calcular la densidad.
• 25 a. C. Vitruvio informa sobre el uso eficiente de los materiales en las estructuras de los tejados con armaduras romanas .
• 1493 Leonardo da Vinci descubre la relación entre el eje neutro y la deflexión de la carga en la flexión de tres puntos.
• 1570 Palladio presenta construcciones de celosía con vigas diagonales para evitar deformaciones por corte .
• 1638 Galileo Galilei describe la eficiencia de los tubos frente a las barras sólidas.
• 1652 Wendelin Schildknecht informa sobre estructuras de vigas tipo sándwich con refuerzos de vigas de madera curvadas.
• 1726 Jacob Leupold documenta puentes tubulares con techos cargados por 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 espaciadores.
• 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 viga sándwich hecho de madera revestida con 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 para aplicaciones aeronáuticas.
• 1934 Edward G. Budd patenta un panel sándwich de acero soldado en forma de panal a partir de láminas de metal corrugado.
• 1937 Claude Dornier patenta un panel sándwich en forma de panal con láminas prensadas en estado plástico en las paredes celulares del núcleo.
• 1938 Norman de Bruyne patenta la unión adhesiva estructural de estructuras tipo sándwich de nido de abeja.
• El de Havilland Mosquito fue construido en 1940 con materiales compuestos tipo sándwich: un núcleo de madera de balsa con revestimiento de madera contrachapada . ^[2]

El material compuesto de metal (MCM) es un tipo de sándwich formado a partir de dos capas delgadas de metal unidas a un núcleo de plástico en un proceso continuo bajo presión, calor y tensión controlados. ^[3]

El papel reciclado también se utiliza ahora sobre un núcleo de panal de abeja de kraft reciclado de celdas cerradas, lo que crea un tablero compuesto ligero, resistente y totalmente repulpable. Este material se utiliza para aplicaciones que incluyen expositores en puntos de venta, mamparas, mobiliario de oficina reciclable, stands de exposiciones, separadores de paredes y tableros para terrazas. ^[4]

Para la fijación de los distintos 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 capas de fibra quedan en contacto. En este lugar, la fijación se puede realizar mediante tornillos, 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: con soporte homogéneo, con soporte local, con soporte regional, con soporte unidireccional, con soporte bidireccional. ^[5] El último grupo está representado por la estructura de panal que, debido a una relación óptima entre rendimiento y peso, se utiliza normalmente en las aplicaciones más exigentes, incluida 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 tensiona mediante una fuerza descendente en el medio de la viga, entonces el momento de flexión introducirá fuerzas de corte en el material. Las fuerzas de corte dan como resultado que la capa inferior esté en tensión y la capa superior en compresión. El material del núcleo separa estas dos capas. Cuanto más grueso sea el material del núcleo, más fuerte será el compuesto. Este principio funciona de manera muy similar a 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 cambian 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 a penetrar en la piel o el núcleo está determinada por el componente de corte. ^[7]

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

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

• Panel sándwich
• Sistema de placas tipo sándwich
• Panal compuesto
• Estructuras de panal
• Teoría del sándwich
• Viga de parpadeo
• Doblado
• Teoría de vigas
• Material compuesto
• Criterios de cesión en pendiente
• Teoría de vigas de Timoshenko
• Teoría de placas

• SandwichPanels.org – Información sobre estructuras de sándwich compuestas
• Manual del sándwich Diab
• Tecnología de diseño en sándwich con forma de panal
• Materiales para núcleos de sándwich de madera de ingeniería: información sobre estructuras de sándwich compuestas
• [1]-Aplicación de panel sándwich de nido de abeja de aluminio como absorbedor de energía en el morro de un tren de alta velocidad