Out of plane elastic compressive properties of metallic honeycomb structures

Este trabajo de investigación evalúa la influencia de tres factores geométricos en el módulo de compresión fuera de los planos de las estructuras de nidos de abejas metálicas, específicamente en aluminio: topología celular, la altura de la estructura alveolar y la geometría de la muestra. El objetivo es verificar si los valores de módulos típicos proporcionados por los fabricantes, a menudo se supone que son constantes, siguen siendo válidos bajo diferentes configuraciones.

Históricamente, los modelos teóricos (especialmente de Gibson y Ashby) ofrecen una fórmula que conecta este módulo con la densidad relativa y al módulo joven del material. Sin embargo, se observan diferencias significativas entre los módulos teóricos y experimentales, especialmente para nidos de abejas de baja densidad. Esto se explica por micro defectos como microperforaciones y microflases de las paredes, así como por la sobreestimación de módulos jóvenes para materiales muy finos.

Para investigar estos fenómenos, se han llevado a cabo pruebas de compresión de acuerdo con el estándar ASTM C365, así como los modelos de elementos finitos (FEM). Las pruebas muestran que la topología celular influye fuertemente en el rendimiento mecánico: una geometría modificada con paredes corrugadas aumenta significativamente el módulo de compresión (hasta 118% por solo un aumento de masa de volumen de 7.9%) en comparación con una estructura hexagonal convencional.

Además, la altura del panal (parámetro en ausencia de fórmulas teóricas) también tiene un impacto notable. Las pruebas en alturas de 5 mm, 10 mm, 15.9 mm y 44 mm revelan que el módulo de compresión crece con el aumento de la altura, lo que también reduce el área de deformación elástica. Para bajas alturas, el adhesivo utilizado en las pruebas de compresión estabilizadas parece influir en los resultados. 

Las simulaciones digitales reproducen bien estas tendencias experimentales, destacando dos regímenes elásticos: un primer régimen teórico seguido de una segunda dieta dominada por microflases. Este enfoque digital confirma que el rendimiento mecánico no depende solo del material y de la densidad, sino también de la geometría de las células y la altura del material del alma.

En conclusión, este estudio demuestra que el módulo de compresión fuera del plan de los nidos de panal metálicos no es una constante universal. Depende en gran medida de las características geométricas de la red celular, lo que pone en duda las generalizaciones simplificadoras utilizadas a menudo. La integración de estos factores es esencial para aplicaciones que requieren alta precisión mecánica, especialmente en aeronáutica y espacio.