E3 Interface Matriz-Reforço

Tópico

A qualidade da ligação entre a matriz e o reforço deste compósito determina, neste modelo, a eficiência da transferência de carga entre os dois constituintes, e essa qualidade de ligação é medida pela resistência ao cisalhamento interfacial. De acordo com o modelo de Kelly-Tyson, uma resistência ao cisalhamento interfacial maior ou menor resulta em um comprimento crítico da fibra diferente.

Quando este compósito é carregado, a carga é transferida da matriz para cada fibra de reforço por meio de uma tensão de cisalhamento que atua ao longo da interface entre elas, em todo o comprimento da fibra. Quanto maior a porção da fibra sobre a qual essa tensão de cisalhamento atua, maior a carga transferida para a fibra. Uma maior resistência ao cisalhamento interfacial torna essa transferência de carga mais eficiente por unidade de comprimento e, consequentemente, o comprimento crítico da fibra necessário para transferir toda a carga que a fibra pode suportar é menor. Uma menor resistência ao cisalhamento interfacial requer um comprimento crítico da fibra maior para atingir a mesma transferência completa de carga.

Se o comprimento de uma determinada fibra for maior ou igual ao comprimento crítico da fibra, ela é considerada uma fibra longa: a fibra atinge sua resistência máxima à tração em seu segmento central, mesmo antes da ruptura da interface em suas extremidades e, portanto, a fibra transfere totalmente sua carga. Essa condição de fibra longa significa que, para fins de reforço do compósito, a fibra se comporta como se fosse contínua.

Se o comprimento de uma fibra for menor que o comprimento crítico da fibra, no entanto, ocorre o efeito oposto: a fibra não possui comprimento suficiente para acumular, por meio da tensão de cisalhamento interfacial, a carga necessária para atingir sua resistência máxima à tração e, consequentemente, ocorre o descolamento antes da ruptura da fibra. Se essa fibra for mais curta que o comprimento crítico, a ligação entre a fibra e a matriz se rompe antes que a própria fibra esgote sua capacidade de suportar carga.

Portanto, este modelo, com sua resistência ao cisalhamento interfacial e comprimento crítico da fibra na fratura, está relacionado a outro modelo deste conjunto, aquele que descreve o mecanismo físico de cisalhamento que rege, em detalhes, a mesma transferência de carga entre a matriz e a fibra. O fato de este modelo prever um comprimento crítico específico da fibra permite que outro modelo neste conjunto o verifique experimentalmente, comparando o comprimento médio de arrancamento observado na superfície de fratura com esse mesmo comprimento crítico da fibra.

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