Comparación de Modelos de Interfaces Cohesivas Desacoplada y Acoplada Aplicando el Método de los Elementos Discretos al Proceso de Separación Fibra-Matriz

Abstract

La separación material hasta la falla de una fisura en formación puede ser modelada por medio de leyes cohesivas. Esta ley describe la relación entre tensiones y separaciones de elementos cohesivos utilizando un enfoque fenomenológico. Se considera que lastensiones y separaciones pueden dividirse en dos direcciones principales, dando origen a separaciones y tracciones normales y tangenciales, que actúan en la superficie de la fisura en formación. Cuando estos dos modos de separación se dan simultáneamente,existe una influencia de la separación normal sobre la tracción tangencial y viceversa. Este caso es denominado modo combinado. Hay dos maneras diferentes de analizar los procesos de fractura de modo combinado: por medio de una ley cohesiva desacoplada o una ley cohesiva acoplada. Si la componente normal de la tracción es independiente de la separación tangencial y la tracción tangencial es independiente de la separación normal, la ley cohesiva se denomina desacoplada. Cuando ambas tracciones son dependientes de los dos modos de separación, la ley cohesiva es acoplada.
Los modelos desacoplados se utilizan generalmente cuando uno de los modos de separación es predominante respecto del otro. Ese es el caso de los ensayos de extracción de fibra por tracción o por compresión (ensayos de pullout y pushout), donde el modo tangencial prevalece. La mayoría de las leyes cohesivas son acopladas. Uno de los objetivos del presente trabajo fue determinar hasta qué punto estos dos modelos muestran diferencias en la curva tracción-separación de un ensayo de extracción de fibra por compresión y por tracción.
Los ensayos de extracción de fibra tienen como propósito determinar la resistencia al despegado. El proceso de falla interfacial de un material compuesto puede ser estudiado por medio de la simulación de estos ensayos. El control de la falla interfacial es una de las formas más potentes de modificar las propiedades de un material compuesto.
Este trabajo presenta los resultados de la aplicación del Método de los Elementos Discretos a la simulación de ensayos de extracción de fibra por tracción y por compresión sobre un modelo de material compuesto con una matriz que contiene una sola fibra (fibra polyester/matriz epoxi) usando dos modelos de ley cohesiva. El primer modelo es desacoplado y el segundo acoplado. Se presenta un sumario de los resultados junto con las principales diferencias y similitudes entre las dos leyes cohesivas adoptadas. Los valores son comparados con resultados experimentales de otras investigaciones.