Estudio del comportamiento mecánico de materiales compuestos formados por fibras cortas

Abstract

Los materiales compuestos han surgido como respuesta a las cada vez más exigentes condiciones de proyecto. Los mismos consisten en la combinación de dos o más materiales distintos con el fin de conseguir un nuevo material cuyas propiedades resulten superiores (más fuertes, tenaces o durables) que las de cada uno de sus componentes en forma individual. Estos materiales, encuentran constantemente nuevas aplicaciones en el campo de reparaciones y readaptaciones de estructuras en la construcción civil, y también son ampliamente usados en otros campos como ser el automotriz, naval, aeronáutico, aero-espacial, industrias eólicas, e incluso en aplicaciones recreativas. Existen dos motivaciones principales para el desarrollo de modelos computacionales que relacionen los parámetros microestructurales con el comportamiento mecánico del compuesto. Una de ellas es conducir la optimización del comportamiento de materiales por medio del ajuste de tipos y formas de los componentes constituyentes; y la otra es predecir la respuesta mecánica final de los productos fabricados con dichos materiales. Trabajos recientes demuestran las limitaciones que en muchos casos presentan los criterios de falla clásicos, y la necesidad de avanzar en el desarrollo de nuevas propuestas de criterios de falla que involucren nuevas variables macro mecánicas que los mecanismos de falla a nivel micro mecánico revelen como representativas. Alineado con lo aquí expuesto, en el presente trabajo se estudia el comportamiento mecánico de un material compuesto formado por fibras cortas distribuidas aleatoriamente, utilizando una versión del método de los elementos discretos formados por barras, aquí denominado como DEM (Discrete Element Method). Este método permite simular el comportamiento mecánico hasta la ruptura de sistemas que fallen en forma frágil o cuasi-frágil. Utilizando el DEM, en este trabajo se analiza la respuesta de un sistema constituido por una única fibra que vincula una matriz fisurada para diferentes ángulos entre la fibra y la fisura y la orientación de la carga aplicada. Estas respuestas son posteriormente superpuestas con la metodología presentada originalmente por otros autores. Posteriormente se discuten las conclusiones sobre los resultados obtenidos así como las potencialidades de la metodología empleada.