Rotura de la matriz en materiales compuestos fibrosos. Efecto de las cargas paralelas al plano de rotura

Abstract

Muchos criterios de fallo de materiales compuestos asignan el fallo de la matriz a una cierta interacción (usualmente cuadrática) entre las componentes del vector tensión asociado al plano de fallo. En este trabajo se lleva a cabo un estudio micromecánico considerando, en base a observaciones de rotura, que el mecanismo de fallo se produce por grietas, propagándose entre la fibra y la matriz. El objetivo de este análisis micromecánico es dilucidar si componentes del estado tensional no incluidas en el vector tensión,asociado a un plano, intervienen en la rotura en ese plano. Se usa el Método de los Elementos de Contorno para llevar a cabo el análisis, permitiendo contacto entre las superficies despegadas de la fibra y la matriz. Se aplican diferentes combinaciones de carga (perpendiculares y paralelas al plano de fallo) para comprobar su influencia en el índice de liberación de energía, que es el parámetro de fractura que se evalúa. Los resultados obtenidos demuestran que las tensiones no asociadas al plano macromecánico de rotura juegan un importante papel en el micromecanismo de fallo de los materiales compuestos fibrosos.

Many failure criteria of composites assign the failure of the matrix to a certain interaction (tipically quadratic) between the components of the stress vector associated to the plane of failure. In this paper, a micromechanical study is conducted considering, based on failure observations, that the mechanism of failure is produced by a crack running between the.fibre and the matrix. The objective of this micromechanical analysis is to ellucidate if components of the stress state not included in the stress vector associated to a plane play a role in the failure of the plane. The numerical analysis is performed using the Boundary Element Method, allowing contact between the debonded surfaces of fibre and matrix. Different combinations of loads are applied (perpendicular and parllel to the plane of failure) to check its influence in the energy release rate, which is the fracture parameter evaluated. The results obtained prove that stresses not associated to the macromechanical plane of failure plays an important role in the micromechanism of failure of fibrous composites.