Aplicación del Método de los Elementos Discretos al Proceso de Separación Fibra-Matriz con un Modelo de Interfaces Cohesivas

Abstract

Por medio de la Mecánica de Fractura se puede conocer la resistencia última de un material, considerando que el mismo es susceptible de poseer fallas. Esto quiere decir que un material, aún poseyendo fisuras, puede trabajar de manera eficiente hasta su última resistencia. El desarrollo de fisuras crea dos nuevas superficies. Antes de que la fisura se forme, estas dos superficies se mantienen unidas por tracción dentro de una zona cohesiva. La fuerza varía en relación con el desplazamiento relativo de las superficies, y una ley cohesiva describe las actividades en la zona cohesiva en términos de la fuerza y la separación de las superficies que se forman durante el proceso de fractura. Entre las aplicaciones más importantes de las leyes cohesivas, se encuentran las de: (a) fractura de materiales dúctiles y frágiles; (b) delaminación de materiales compuestos en capas; y (c) despegue de la interface fibra/matriz en un material compuesto. Es de importante conocer las características y propiedades de la unión entre las dos fases componentes de un material compuesto. La cuestión del diseño y optimización de la interface es compleja y aún no completamente entendida. Existen muchos parámetros que afectan la estructura de la interface ya sea durante la fabricación o durante la utilización del material compuesto. Se desea en términos generales una interface fuerte porque una interface débil crearía un camino fácil para la propagación de las fisuras. El control de la falla interfacial es uno de las formas más potentes de alterar las propiedades de un material compuesto. Los ensayos de extracción de fibra (en inglés pushout o pullout) se utilizan para medir la resistencia al despegado. Los datos experimentales muestran que en estos ensayos es preponderante el esfuerzo de corte. Se ha simulado numéricamente un ensayo de extracción de fibra, mediante el método de los elementos discretos (MED), utilizando un modelo de ley cohesiva interfacial para la zona de contacto fibra/matriz. Se hace uso de un modelo numérico con elementos cohesivos a un sistema poliéster/epoxi, para evaluar el proceso de despegado de la interface fibra/matriz y la influencia de parámetros no geométricos.