Serie 2 Mats No Met 2015 2
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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MÉXICO FACULTAD DE INGENIERIA DIVISION E INGENIERIA MECANICA E INDUSTRIAL ASIGNATURA: MATERIALES NO METÁLICOS 2015-2 SERIE DE EJERCICIOS PARA 2o PARCIAL 1.- a) Cuál es la diferencia entre un relleno y un refuerzo?, explique ampliamente, b) Investigue donde se aplican cada uno de los siguientes retardartes de flama, indicando por qué se aplican así. i) BIFENILOS POLIBROMADOS (PBB), ii) HEXABROMOCICLODODECANO(HBCD), iii) TETRABROMOBISFENOL (TBBPA), iv) ÉTERES BIFENILICOS POLIBROMADOS (PBDE). 2.- Un compuesto reforzado con fibra continua y alineada consta de un 55% en volumen de matriz de policarbonato y 45% de fibra de aramida cuyas características son las siguientes, fibra de aramida: E=1.3x10 5 MPa, σ =3500 MPa, policarbonato: E=2.4x10 3 MPa, σ = 55 MPa. Si suponemos que este compuesto tiene un área de 480 mm 2 y está sometido a una carga longitudinal de 53 400 N. a) Calcule la relación de carga fibra-matriz, b) Calcule las cargas soportadas por las fases fibra y matriz, c) Calcule la magnitud del esfuerzo en cada fase, d) Cuál es la deformación experimentada por el compuesto? 3.- Calcule la resistencia longitudinal de de un compuesto epoxi-fibra de carbono alineada con una fracción de volumen de fibra de 0.2 suponiendo 1) un diámetro promedio de fibra de 6 x 10 -3 mm, b) Una longitud media de 8 mm, 3) una resistencia a la ruptura de la fibra de 4.5x10 3 MPa, 4) una resistencia de la interfase de 75 MPa 4.- Determine el índice de desempeño para cada una de las columnas esbeltas sometidas a las cargas indicadas y considerando un mínimo peso, la fuerza crítica está determinada por Fcr= n 2 π 2 EI/l 2 , de acuerdo a la siguiente figura. (Escoge solo dos) 5.- Se puede considerar a la espuma de poliestireno un material compuesto de gas y polímero de pared delgada, que tiene una densidad aproximada de 0.016 g/cm 3 . La densidad del poliestireno es de 1.06 g/cm 3 , a) Calcular la fracción volumétrica de cada material en el compuesto, b) Supóngase por simplicidad que las celdas de la espuma de poliestireno son cubos de 0.1 cm de cada lado, estimar el espesor de las paredes, c) La conductividad térmica del aire es de aprox. 0.63x10 -4 cal/s-cm-°C y la del poliestireno es de 3x10 -4 cal/s-cm-°C. Estimar la conductividad térmica del compuesto. 6.- De los siguientes pares de polímeros, seleccione el material que tenga mejor propiedad de acuerdo a: a) Resistencia mecánica, b) Transparencia, c) Elongación, d) Resistencia térmica, en cada caso explique. i) Polipropileno al 5% de cristalinidad y polipropileno al 70% de cristalinidad, ii) polietileno con peso molecular de 40,000 gr/mol y polietileno con 220,000 g/mol, iii) poliestireno simple y poliestireno con 30% de butadieno. iv) pvc para tuberías y pvc con 40% de plastificante. 7.- Se le aplica un esfuerzo de 1000 psi a un polímero que opera bajo deformación constante; después de seis meses el esfuerzo baja a 850 psi. Para una aplicación en particular, un componente fabricado con el mismo polímero debe mantener un esfuerzo de 900 psi después de 12 meses. Cuál debe ser el esfuerzo original sobre el polímero para esta aplicación? 8.- Diga cuales deben ser las características y dimensiones de un extrusor que tendrá una producción de un perfil de sección tubular, cuyo material será de polipropileno y donde que desea una producción de 50 kg/hr.
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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MXICO
FACULTAD DE INGENIERIA
DIVISION E INGENIERIA MECANICA E INDUSTRIAL
ASIGNATURA: MATERIALES NO METLICOS 2015-2
SERIE DE EJERCICIOS PARA 2o PARCIAL
1.- a) Cul es la diferencia entre un relleno y un refuerzo?, explique ampliamente, b) Investigue donde se aplican cada uno de los siguientes
retardartes de flama, indicando por qu se aplican as. i) BIFENILOS POLIBROMADOS (PBB), ii)
HEXABROMOCICLODODECANO(HBCD), iii) TETRABROMOBISFENOL (TBBPA), iv) TERES BIFENILICOS POLIBROMADOS
(PBDE).
2.- Un compuesto reforzado con fibra continua y alineada consta de un 55% en volumen de matriz de policarbonato y 45% de fibra de aramida
cuyas caractersticas son las siguientes, fibra de aramida: E=1.3x105 MPa, =3500 MPa, policarbonato: E=2.4x103 MPa, = 55 MPa. Si suponemos que este compuesto tiene un rea de 480 mm2 y est sometido a una carga longitudinal de 53 400 N. a) Calcule la relacin de carga fibra-matriz, b) Calcule las cargas soportadas por las fases fibra y matriz, c) Calcule la magnitud del esfuerzo en cada fase, d) Cul es la
deformacin experimentada por el compuesto?
3.- Calcule la resistencia longitudinal de de un compuesto epoxi-fibra de carbono alineada con una fraccin de volumen de fibra de 0.2 suponiendo 1) un dimetro promedio de fibra de 6 x 10-3 mm, b) Una longitud media de 8 mm, 3) una resistencia a la ruptura de la fibra de
4.5x103 MPa, 4) una resistencia de la interfase de 75 MPa
4.- Determine el ndice de desempeo para cada una de las columnas esbeltas sometidas a las cargas indicadas y considerando un mnimo peso, la fuerza crtica est determinada por Fcr= n22EI/l2, de acuerdo a la siguiente figura. (Escoge solo dos)
5.- Se puede considerar a la espuma de poliestireno un material compuesto de gas y polmero de pared delgada, que tiene una densidad aproximada de 0.016 g/cm3. La densidad del poliestireno es de 1.06 g/cm3, a) Calcular la fraccin volumtrica de cada material en el
compuesto, b) Supngase por simplicidad que las celdas de la espuma de poliestireno son cubos de 0.1 cm de cada lado, estimar el espesor de
las paredes, c) La conductividad trmica del aire es de aprox. 0.63x10-4 cal/s-cm-C y la del poliestireno es de 3x10-4 cal/s-cm-C. Estimar la
conductividad trmica del compuesto. 6.- De los siguientes pares de polmeros, seleccione el material que tenga mejor propiedad de acuerdo a:
a) Resistencia mecnica, b) Transparencia, c) Elongacin, d) Resistencia trmica, en cada caso explique.
i) Polipropileno al 5% de cristalinidad y polipropileno al 70% de cristalinidad, ii) polietileno con peso molecular de 40,000 gr/mol y polietileno con 220,000 g/mol,
iii) poliestireno simple y poliestireno con 30% de butadieno.
iv) pvc para tuberas y pvc con 40% de plastificante.
7.- Se le aplica un esfuerzo de 1000 psi a un polmero que opera bajo deformacin constante; despus de seis meses el esfuerzo baja a 850 psi.
Para una aplicacin en particular, un componente fabricado con el mismo polmero debe mantener un esfuerzo de 900 psi despus de 12 meses.
Cul debe ser el esfuerzo original sobre el polmero para esta aplicacin?
8.- Diga cuales deben ser las caractersticas y dimensiones de un extrusor que tendr una produccin de un perfil de seccin tubular, cuyo
material ser de polipropileno y donde que desea una produccin de 50 kg/hr.
