“Kinking” de grietas transversales de interfase entre fibra y matriz de materiales compuestos fibrosos

Abstract

Los materiales compuestos fibrosos pueden fallar ante cargas transversales a la dirección de la fibra. Esta rotura se conoce como fallo de la matriz o fallo entre fibras y se caracteriza por la aparición de grietas en la interfase de las fibras y la matriz, que posteriormente coalescen dando lugar a macrofisuras en el material compuesto. El objetivo de este trabajo es el desarrollo de un modelo, empleando el Método de los Elementos de Contorno, con el fin de obtener información que permita explicar el mecanismo de aparición y propagación del daño antes mencionado. Para ello se analiza la configuración consistente en una celda de matriz en la que se encuentra embebida una única fibra que presenta un despegue parcial en la interfase con la matriz. Los resultados obtenidos muestran que ante carga uniaxial transversal a la dirección de las fibras los fenómenos más importantes aparecen para ángulos de despegue en la interfase fibra-matriz que se encuentran en el intervalo 60º-70º. Después de este intervalo el crecimiento de la grieta a lo largo de la interfase se produce en Modo II y tiene carácter estable, mientras que en el periodo anterior de crecimiento de la grieta su progresión se produce en modo mixto (dominado por el Modo II) y con carácter plausiblemente inestable. En este intervalo de 60º-70º del ángulo de despegue la dirección de máxima tensión circunferencial en el entorno del fondo de grieta es aproximadamente perpendicular a la carga aplicada. Puede concluirse también que, si una grieta correspondiente a un despegue en el intervalo mencionado abandona la interfase y penetra en la matriz, en esta situación: a) el crecimiento de la grieta a través de la matriz es inestable y en Modo I puro, b) el valor del índice de liberación de energía alcanza su máximo (en comparación con otros ángulos de despegue), y c) la energía liberada es mayor que la liberada en el caso de seguir la grieta propagándose por la interfase. Todo esto sugiere que es en este intervalo del ángulo de despegue donde se dan las condiciones más apropiadas para que se produzca el “kinking” de una grieta de interfase.