A3 Fadiga em Compósitos (Degradação Distribuída de Rigidez)

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Sob carregamento cíclico de fadiga, este compósito não desenvolve uma única trinca dominante que cresce isoladamente, mas sim acumula microdanos distribuídos por todo o seu volume: a matriz trinca em inúmeros pontos dispersos e, simultaneamente, múltiplas zonas de descolamento — a separação local entre a fibra e a matriz circundante — também ocorrem, dispersas por todo o compósito. O fato de esse microdano estar distribuído por todo o volume do compósito, em vez de estar concentrado em um único ponto, o distingue de uma trinca dominante isolada.

Esse microdano distribuído, formado pela matriz trincada e pelo descolamento disperso, não é quantificado ponto a ponto, mas sim por meio de uma única variável de dano cumulativo: essa variável agrega, em um único valor crescente, o efeito combinado de todas as trincas na matriz e de todo o descolamento disperso que se acumula ciclo após ciclo. À medida que o ciclo de fadiga continua, essa variável de dano cumulativo cresce monotonicamente, nunca retornando a um valor inferior.

O aumento dessa variável de dano cumulativo faz com que a rigidez residual do compósito se degrade: cada fissura na matriz e cada zona de descolamento que essa variável adiciona reduz ainda mais a capacidade do compósito de transmitir elasticamente a carga entre suas fibras e matriz. Uma variável de dano cumulativo mais alta resulta em menor rigidez residual; uma variável de dano cumulativo mais baixa mantém a rigidez residual mais próxima da do compósito não danificado.

Essa mesma rigidez residual, à medida que o compósito progride ao longo de sua curva de tensão-vida, não diminui uniformemente, mas logaritmicamente com o número de ciclos: ela cai rapidamente nos primeiros ciclos, depois se degrada lenta e gradualmente durante a maior parte da vida útil à fadiga do compósito e cai rapidamente novamente nos ciclos finais, pouco antes da falha final. Esse declínio logarítmico, em vez de uniforme, na rigidez residual significa que a maior parte da vida útil à fadiga do compósito é gasta com uma rigidez residual que se degrada muito lentamente.

Portanto, este modelo, com seus microdanos distribuídos, distingue-se explicitamente do modelo equivalente para fadiga metálica, onde uma única trinca dominante concentra todo o dano em um único ponto, em vez de distribuí-lo por todo o volume do material. Nesse modelo metálico, é o crescimento dessa única trinca que governa a vida em fadiga. O fato de, neste compósito, o dano estar distribuído por todo o volume significa que é a variável de dano cumulativo — incluindo a matriz trincada e o descolamento disperso — que degrada a rigidez residual ao longo da curva tensão-vida.

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