Daño en Compuestos Laminados Reforzados con Fibras

Abstract

Durante los últimos años, los materiales compuestos han reemplazado progresivamente a los materiales tradicionales en una amplia variedad de aplicaciones. El adecuado diseño de elementos estructurales elaborados con este tipo de materiales requiere la utilización de modelos constitutivos capaces de estimar su rigidez, resistencia y distintos modos de falla. En este trabajo se presenta la extensión de un modelo general para compuestos laminados reforzados con fibras unidireccionales ya existente, para incluir daño de las componentes y distintos modos de falla que incluyen despegue de las componentes como el deslizamiento de fibras. El modelo se obtiene de la generalización de la teoría de mezclas clásicas, teniendo en cuenta la participación en la deformación y tensión de cada una de las componentes en las direcciones principales de simetría. Cada una de las componentes puede tener un modelo constitutivo elastoplástico anisótropo general con daño. El modelo desarrollado incluye, además, la posibilidad de deslizamiento relativo entre componentes del compuesto, ya sea entre fibra-matriz (debonding) o entre laminas (delaminación). El deslizamiento relativo entre componentes se modela mediante una ley cohesiva friccional que se incorpora en la ecuación constitutiva de las componentes. Se considera que dicho deslizamiento es un fenómeno inelástico que se resuelve en forma acoplada con los otros fenómenos inelásticos (daño y plasticidad) que se desarrollan en la componente misma. En el trabajo se describe la implementación numérica del modelo en un programa de elementos finitos no lineal 3D con el cual se realizaron distintos ejemplos de aplicación. El trabajo se completa con la comparación de los resultados numéricos con resultados experimentales presentados por diferentes autores.