Questão 29 - Explique o comportamento dos materiais compósitos durante o ensaio de tração.
Passo 1
O enunciado pede para descrever como um material compósito se comporta durante um ensaio de tração. O conteúdo envolve entender os papéis da fibra, da matriz e da interface, e como esses constituintes geram a curva de tensão–deformação
–
. Para resolver precisamos usar a teoria de compósitos (regra das misturas e mecanismos de falha progressiva).
Passo 2
Na fase inicial do ensaio, compósito e matriz deformam elasticamente e as fibras ainda não sofreram dano. O módulo de elasticidade efetivo
do compósito segue a regra das misturas em tensão longitudinal:
onde
e
são os módulos da fibra e da matriz, e
,
suas frações volumétricas. A curva
–
é praticamente linear até a primeira microfissura na matriz.
Passo 3
Chegando perto da resistência à tração da matriz, surgem microfissuras e inicia– se o descolamento na interface fibra– matriz (debonding). Nesse ponto observa– se um leve desvio da linearidade na curva
–
, pois parte da carga deixa de ser transmitida pela matriz e passa gradualmente para as fibras.
Passo 4
Com a progressão do ensaio, a matriz já não suporta aumentando de carga e as fissuras se coalescem. As fibras, mais resistentes, continuam a carregar a maior parte da tensão. Esse estágio pode exibir uma pequena região de “platô” ou declínio moderado na curva de
enquanto ocorrem falhas locais de fibras isoladas.
Passo 5
Na ruptura final, ocorre a fratura das fibras dominantes (em compósitos frp é geralmente frágil) ou o arranque (pull-out) se a aderência for pobre. A carga cai bruscamente e a curva
–
apresenta um colapso. Em laminados ou orientações diferentes de fibra, esse comportamento varia em função do ângulo de carregamento, refletindo anisotropia.
Resposta
- Inicialmente o comp’osito apresenta comportamento el’astico linear, com m’odulo
. - Ao atingir a resist^encia da matriz, formam– se microfissuras e ocorre debonding na interface, gerando n~ao linearidade suave.
- As fibras passam a assumir praticamente toda a carga, levando a uma regi~ao de plat’o ou decl’inio moderado na curva.
- Na falha final as fibras se fraturam (ou arrancam), provocando colapso brusco da tens~ao.
- A anisotropia do comp’osito faz com que esse padr~ao varie conforme a orienta\c{c}~ao das fibras.