Modelo de la micromecánica de materiales compuestos considerando degradación higrotérmica

Abstract

La interfase entre la fibra y la matriz en un material compuesto juegan un papel fundamental en el desempeño de un componente compuesto. Una de las situaciones de daño que se presenta frecuentemente en la práctica es que el daño no ocurre principalmente ni en la matriz ni en la fibra sino en la zona de transición entre ambos. En esta investigación se estudió el comportamiento de una celda unitaria del material formado por matriz polimérica y fibras de vidrio, y se representó el daño por medio de una serie de defectos en forma de vacíos en la interfase hacia el lado de la matriz. Este análisis de realizó para un estado plano de deformación bajo cargas unitarias normales y cortantes, con fracciones de volumen de fibra 0.30, 0.50, 0.70 y una celda unitaria de dimensiones 11.2 x 11.2 μm. Los cálculos se obtuvieron utilizando un programa de elementos finitos de propósito general (ABAQUS). El número y tamaño de los vacíos se consideran como parámetros que definen la configuración de daño. Se calcularon las propiedades mecánicas de los módulos E2 y G12 de cada configuración y se identificó la incidencia del daño sobre la respuesta de la celda unitaria.

The fiber - matrix interface in a composite material plays a fundamental role in the performance of a composite component. One of the critical damage situations in composites occurs in the transition region between matrix and fiber. In this research the performance of a unit cell formed by a polymeric matrix and fiber glass has been studied, in which the interface damage was represented having the form of bubbles emerging at the interface on the part of the matrix. This analysis was performed for plane strain states under normal and shear unitary loads, with fiber volume fractions equal to 0.30, 0.50, 0.70 and unit cell dimensions of 11.2 x 11.2 μm. Calculations were obtained by using the general purpose program ABAQUS. Both the number and size of the bubbles were considered as defining parameters in the damage configuration. For each configuration, the mechanical of modulus properties E2 and G12 were calculated and the effects of the damage in the unit cell response were identified.