Análisis estadístico con metodología de superficies de respuesta para la optimización de las propiedades mecánicas a tracción, flexión e impacto del material híbrido de matriz epóxica, reforzada con fibra de vidrio y abacá
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Date
2020-10
Authors
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Publisher
Universidad Técnica de Ambato. Facultad de Ingeniería Civil y Mecánica, Carrera de Ingeniería Mecánica
Abstract
In the present experimental work, the analysis of the mechanical properties of the
hybrid composite material was carried out, which is reinforced by natural abaca fibers
arranged in a flat weave and fiberglass in a thermostable epoxy resin polymer matrix
This material was vacuum molded and subsequently subjected to a CO2 laser cut.
In the work, a Response Surface Methodology MSR with a Box-Behnken design is
proposed which establishes that the minimum of input factors to consider is three and
for each factor three levels, which are: Orientation of the tissue of natural fiber: 0, 45,
90 sexagesimal degrees, Fiberglass thickness: 0, 1, 2 mm, and the Curing temperature:
20, 50, 80 degrees Celsius, With this configuration, the design suggests a specific
number of treatments with different configurations of factors and levels, from which
data will be obtained after the execution of the destructive tests, data that will be
validated with the fulfillment of parametric assumptions, thus guaranteeing high
reliability throughout the statistical analysis process, consequently the variability
ANOVA of the data provided by the MSR design was examined, specifying the
significant effects and their incidence on the mechanical properties, later the analysis
is complemented with the optimization of each mechanical property analyzed through
the desirability function.
The results of this investigation determined that the optimal configuration of the
factors to take advantage of the mechanical properties is: Orientation of the natural
fiber 0 degrees, Thickness of fiberglass 0.76 mm and a Curing temperature of 42.42
degrees Celsius, the regression model of the MSR design explains up to 96,69 per cent
the variability of the properties, with an Overall Desirability value of 0,7931.
Description
En el presente trabajo experimental se realizó el análisis de las propiedades mecánicas
del material compuesto híbrido que tiene por refuerzo fibras naturales de abacá
dispuestas en un tejido plano y fibra de vidrio en una matriz polimérica termoestable
de resina epoxi, dicho material fue moldeado al vacío y posteriormente sometido a
corte laser CO2.
En el trabajo se plantea una Metodología de Superficies de Respuestas MSR con un
diseño de Box-Behnken el cual establece que el mínimo de factores de entrada a
considerar es tres y por cada factor tres niveles, los cuales son: Orientación del tejido
de fibra natural: 0, 45, 90 grados, Espesor de la fibra de vidrio: 0, 1, 2 mm y la
Temperatura de curado: 20 , 50, 80 grados centígrados, con esta configuración el
diseño nos sugiere el número específico de tratamientos con diferentes
configuraciones de factores y niveles, de los cuales se obtendrán datos posterior a la
ejecución de los ensayos destructivos, datos que serán validados con el cumplimiento
de Supuestos Paramétricos, garantizando así una alta confiabilidad en todo el proceso
de análisis estadístico, consecuentemente se examinó la variabilidad ANOVA, de los
datos que arroja el diseño MSR, precisando los efectos significativos y su incidencia
en las propiedades mecánicas, posteriormente se complementa el análisis con la
optimización de cada propiedad mecánica analizada a través de la Función de
Deseabilidad
Los resultados de esta investigación determinaron que la configuración optima de los
factores para aprovechar las propiedades mecánicas es: Orientación del tejido natural
0 grados, Espesor de fibra de vidrio 0,76 mm y una Temperatura de curado de 42,42
grados centígrados, el modelo de regresión del diseño MSR explica hasta el 96,69 por
ciento la variabilidad de las propiedades, con un valor de Deseabilidad Global de
0,7931.
Keywords
PROPIEDADES MECÁNICAS, FLEXIÓN, TRACCIÓN, MATERIAL HÍBRIDO, MATRIZ EPÓXICA, FIBRA DE VIDRIO, FIBRA DE ABACÁ, RESINA EPOXI, FIBRAS DE REFUERZO