Estudio del comportamiento de compuestos reforzados con fibras cortas empleando homogeneización y teoría de mezclas

Abstract

En este trabajo se estudia el comportamiento micromecánico de materiales compuestos reforzados con fibras cortas, de diferentes formas y dimensiones, ubicadas en una orientación preferencial. El análisis se lleva a cabo utilizando una técnica de homogeneización y una teoría de mezclas serie-paralelo. Para la aplicación de la teoría de mezclas generalizada se realiza la calibración y validación de un modelo para compuestos propuesto en trabajos anteriores. Dicho modelo tiene en cuenta la participación en la deformación y tensión del compuesto de cada uno de los componentes en sus direcciones principales de ortotropía. La calibración se lleva a cabo, en el rango elástico, mediante la técnica de homogenización de Mori-Tanaka empleando los tensores de Eshelby para considerar inclusiones elipsoidales de distintas formas y dimensiones. De esta manera es posible obtener la distribución de tensiones y deformaciones en el interior del compuesto y definir y verificar de manera relativamente simple las hipótesis de la teoría de compuestos estudiada. En el trabajo se incluyen comparaciones de resultados obtenidos a través del método analítico basado en la determinación del campo elástico por inhomogeneidades de Mori-Tanaka, del modelo basado en la teoría de mezclas serie - paralelo y resultados experimentales. Estos resultados incluyen también la determinación de las propiedades elásticas de compuestos con fibras cortas con una orientación preferencial. Finalmente, se presentan ejemplos de aplicación de la teoría de mezclas calibrada para fibras cortas, mostrando la respuesta no lineal de estos compuestos y su comparación con resultados experimentales.