Caracterización del inicio y crecimiento de grietas de interfaz entre fibra y matriz bajo cargas transversales biaxiales usando el modelo de interfaz elástica lineal-frágil

Abstract

En el presente trabajo se estudia el inicio y crecimiento de una grieta de interfaz entre fibra y matriz bajo cargas transversales biaxiales de tracción - tracción y tracción - compresión. Se considera un problema simplificado en relación a una lámina unidireccional real, con una fibra inmersa en una matriz cuyas dimensiones externas son mucho más grandes que el radio de la fibra. El objetivo es predecir por un lado las cargas de fallo (cargas criticas) que originan el despegue en la interfaz para distintas combinaciones de cargas biaxiales, y por otro lado los ángulos de crecimiento inestable del despegue correspondientes a estas cargas críticas. Para la resolución de este problema se aplica un modelo de interfaz débil que permite el crecimiento de una grieta en un modo mixto de fractura. En este modelo se considera una (posiblemente ficticia) interfase, una capa fina de material entre dos materiales adyacentes, representada mediante una distribución continua de muelles, de rigidez adecuada. La rotura de estos muelles que trabajan con tensiones normales y tangenciales está controlada por una ley de comportamiento elástica lineal - frágil que se propone en este trabajo.

In the present numerical study the crack onset and propagation along fibre-matrix interface under transverse loads (tensiontension or tension-compression) is characterized. A simplified problem of a unidirectionallamina is considered, with a fibre embedded in a large matrix with dimensions much larger than the fibre radius. The aim is to predict the failure loads ( criticalloads) originating a debond atthe interface for different biaxial combinations and also the debond angle of unstable growth corresponding to these criticalloads. The weak interface model used allows a crack growth in a fracture mixed mode. In this model it is assumed that an interphase (possibly fictitious), a thin layer between two adjacent materials, exits. This interphase is represented by a continuum distribution of springs with adequate stiffness. The failure of these springs, that support normal and tangential stresses, is controlled by a linear elastic-brittle constitutive law.