Modelagem matemática do efeito de spalling à tenacificação de materiais compostos reforçados por fibras
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Data
2011-11-01
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Resumo
A cerâmica avançada atualmente é de uso intenso e a cada dia tende a se ampliar através de
novas pesquisas que possibilitam o melhoramento na eficiência, desempenho e durabilidade, o
que a tornam ideais nas mais diversas aplicações de alta tecnologia. No entanto esses
materiais vêm desafiando a ciência e a engenharia, devido a sua fragilidade a qual limita sua
aplicação pelo surgimento e propagação de trincas quando submetida a ações de altas tensões
ou cargas de impacto, sendo este seu principal problema e motivo de avançadas pesquisas na
busca de aumentar a tenacidade da cerâmica de resistir à fratura e expandir suas aplicações.
Dentre as simulações usadas para aumentar a tenacidade, o que mais tem apresentado
resultado é o reforço da cerâmica com fibras e micro fibras dos mais variados materiais, no
qual este estudo é baseado. Através da análise da deformação das fibras, que estão no plano
trincado e sujeito a carregamento externo na matriz composta, e com base na teoria da
elasticidade foram propostos modelos mecânicos e matemáticos para calcular as forças e
tensões às quais as fibras estão sujeitas quando uma trinca principal aparece na matriz frágil e
a contribuição dessas fibras para a tenacidade do material composto. Através da hipótese de
distribuição da pressão provocada por uma fibra inclinada na matriz calcularam-se as tensões
em qualquer ponto na região abaixo da fibra. Pela estática determinaram-se os coeficientes da
distribuição da pressão e través da solução fundamental de Kelvin e da complementar de
Mindlin desenvolveram-se modelos para obter a relação da abertura da trinca principal e a
força axial de uma fibra e as tensões as quais a fibra está sofrida e as da região onde a fibra
está sendo pressionada. Para obter as aberturas e tensões, métodos numéricos para o cálculo
da integral dupla foram utilizados. Através do critério de falha dos materiais frágeis, foi
analisada a contribuição de cada fibra e a resistência da matriz, relacionando-se inclinação das
fibras, distribuição de forças, força de atrito na interface e parâmetros, para obter o aumento
da tenacidade.
Descrição
156 f.
Palavras-chave
Tenacidade à fratura, Aumento da tenacidade, Mecanismos de tenacificação, Materiais compostos reforçados por fibras, Tensão de ponte, Interface fibra/matriz, Descolagem, Trinca, Fragmento, Efeito de spalling, Modelo matemático