Modelo de Daño Higrotérmico en Materiales Compuestos: Propiedades Elásticas Homogeneizadas

Abstract

En aplicaciones estructurales en ambientes agresivos los materiales compuestos, formados por epoxi y fibra de vidrio tipo E, están expuestos a condiciones ambientales severas que producen degradación de sus propiedades y eventualmente pueden conducir a falla estructural. Los mecanismos específicos por los cuales se produce daño en el material debido a factores ambientales son complejos y deben ser evaluados inicialmente mediante estudios experimentales pero este es un proceso lento y costoso, de modo que es altamente deseable contar con métodos computacionales que permitan llevar a cabo una modelación bajo condiciones representativas. En algunos estudios se ha caracterizado la degradación a nivel macro, pero el daño producido tiene origen en la micro-estructura del material. La comprensión del comportamiento del material degradado necesita de estudios en el nivel micro o meso, que es donde se inicia la falla y se propaga hacia el nivel macro. En este trabajo se estudian las propiedades elásticas del material compuesto con degradación higrotérmica, obtenidas mediante homogeneización asintótica. Como dominio de análisis se utilizan celdas unitarias bidimensionales de dos tipos: con ordenamiento regular cuadrado y hexagonal. Los modelos se implementaron utilizando el código comercial ABAQUS. Se supone un estado tensional elástico de deformación plana. Se incluye el daño higrotérmico como parte del modelo computacional de material compuesto mediante la representación de la evolución de su micro-estructura. Se supone daño inicial debido a la acción higrotérmica en la interfasefibra matriz como una fisura que separa ambos materiales constituyentes en la micro-mecánica. Se analiza la influencia del tamaño de daño mediante estudios paramétricos.Los resultados revelan la necesidad de investigar con mayor profundidad el problema de daño higrotérmico en la escala microscópica.