Simulação e análise de tenacificação de materiais compostos reforçados por fibras através do método de elementos discretos

Abstract

O problema da tenacificação de materiais frágeis reforçado por fibras é complexo, envolvendo todas as propriedades mecânicas de fibras, matriz e interface, além da geometria da fibra. O método adequado para realizar a simulação e análise é fundamental. Neste trabalho, foram realizadas simulações e análises do aumento da tenacidade de materiais compostos reforçados por fibras aleatóriamente distribuidas através do método de elementos discretos. Através de implementação de programação numérica, investigou-se as forças, tensões e danos no material composto quando uma trinca principal aparece na matriz frágil, construiu-se o modelo da contribuição das fibras de diferentes materiais para a tenacidade do material composto e o procedimento de obter os resultados tridimensionais através de resultados bi-dimensionais. Pelos resultados obtidos e pelas análises realizadas concluimos que: (i) fibras de alta resistencia e baixo módulo de elasticidade beneficiaram o aumento da tenacidade; (ii) fibras com o módulo de elasticidade relativamente alto comparado ao da matriz podem provocar mais danos na matriz através do efeito de spalling; (iii) utilização de fibras sintéticas de alta resistência como reforço para matrizes frágeis é uma boa opção; (iv) as tensão de ponte são variáveis com subidas e descidas mas com a tendência de subida com o aumento da abertura da trinca. Quando haver quebras notaveis, ela desce; (v) a alta resistência tanto da fibra como da interface beneficiam a tenacificação. Através deste trabalho é possível otimizar e obter uma melhor combinação entre os parâmetros a fim de elaborar cerâmica avançada com as características desejadas. O trabalho sugere desenvolver um método que combine o método de elementos discretos (MED) com o método de elementos finitos (MEF) para aumentar a versatilidade e eficiência do programa computacional.