Out of plane elastic compressive properties of metallic honeycomb structures

Esta investigación evalúa la influencia de tres factores geométricos en el módulo de compresión fuera del plano de estructuras metálicas de panal, específicamente de aluminio: la topología de la celda, la altura de la estructura de panal y la geometría de la muestra. El objetivo es verificar si los valores típicos de módulo proporcionados por los fabricantes, que a menudo se consideran constantes, se mantienen válidos en diferentes configuraciones.

Históricamente, los modelos teóricos (en particular los de Gibson y Ashby) han propuesto una fórmula que relaciona este módulo con la densidad relativa y el módulo de Young del material. Sin embargo, se observan discrepancias significativas entre los módulos teóricos y experimentales, especialmente para panales de baja densidad. Esto se explica por microdefectos como microperforaciones y micropandeo de las paredes, así como por la sobreestimación de los módulos de Young para materiales muy delgados.

Para investigar estos fenómenos, se realizaron ensayos de compresión según la norma ASTM C365, así como modelado de elementos finitos (MEF). Los ensayos muestran que la topología celular influye significativamente en el rendimiento mecánico: una geometría modificada con paredes corrugadas aumenta significativamente el módulo de compresión (hasta un 118 % con un aumento de densidad de tan solo el 7,9 %) en comparación con una estructura hexagonal clásica.

Además, la altura del panal (un parámetro ausente en las fórmulas teóricas) también tiene un impacto significativo. Las pruebas con alturas de 5 mm, 10 mm, 15,9 mm y 44 mm revelan que el módulo de compresión aumenta con la altura, lo que también reduce la zona de deformación elástica. Para alturas inferiores, el adhesivo utilizado en las pruebas de compresión estabilizada parece influir en los resultados. 

Las simulaciones numéricas reproducen con precisión estas tendencias experimentales, destacando dos regímenes elásticos: un primer régimen teórico seguido de un segundo régimen dominado por el micropandeo. Este enfoque numérico confirma que el rendimiento mecánico depende no solo del material y la densidad, sino también de la geometría de la celda y la altura del material del núcleo.

En conclusión, este estudio demuestra que el módulo de compresión fuera del plano de los panales metálicos no es una constante universal. Depende en gran medida de las características geométricas de la red celular, lo que desafía las generalizaciones simplificadoras que se suelen utilizar. La integración de estos factores es esencial para aplicaciones que requieren alta precisión mecánica, en particular en la industria aeroespacial.