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 \sigma \varepsilon. 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 E_c do compósito segue a regra das misturas em tensão longitudinal:
E_c = E_f\,V_f + E_m\,V_m
onde E_f e E_m são os módulos da fibra e da matriz, e V_f, V_m suas frações volumétricas. A curva \sigma \varepsilon 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 \sigma \varepsilon, 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 \sigma 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 \sigma \varepsilon 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 E_c=E_fV_f+E_mV_m.
  • 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.

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