E6 Micromecánica de Esfuerzos (Shear-Lag)

Tópico

La transferencia de carga desde la matriz hacia la fibra, a través del esfuerzo cortante interfacial que ya establece otro modelo de este conjunto, el que describe la interfase entre matriz y refuerzo, no ocurre de manera uniforme a lo largo de toda la fibra: este modelo describe esa transferencia no uniforme mediante el shear-lag de Cox. Que esa transferencia de carga no sea uniforme a lo largo de la fibra hace que el esfuerzo dentro de la fibra, y el esfuerzo cortante interfacial en su unión con la matriz, varíen punto a punto a lo largo de su longitud.

Según el shear-lag de Cox, el esfuerzo de tracción dentro de la fibra es casi nulo justo en sus extremos, y crece progresivamente hacia el centro de la fibra a medida que el esfuerzo cortante interfacial va transfiriendo carga desde la matriz hacia el interior de la fibra. Que la fibra vaya acumulando ese esfuerzo de tracción a medida que uno se aleja de sus extremos hace que la distribución de ese esfuerzo, a lo largo de toda la fibra, tenga la forma de una curva que crece desde los extremos hacia el centro.

La rapidez con la que esa distribución de esfuerzo crece desde los extremos de la fibra hacia su centro la determina el parámetro de transferencia de carga: cuanto mayor es este parámetro, más rápido se transfiere la carga desde la matriz hacia la fibra, y menos distancia hace falta recorrer desde el extremo de la fibra para que su esfuerzo de tracción alcance, prácticamente, su valor máximo. Que este parámetro de transferencia de carga sea menor, en cambio, hace que la carga se transfiera más lentamente, y que se necesite recorrer una distancia mayor desde el extremo de la fibra para alcanzar ese mismo esfuerzo máximo.

Esa misma distribución de esfuerzo, mientras crece desde los extremos de la fibra hacia su centro, tiene como contrapartida al esfuerzo cortante interfacial, que hace exactamente lo opuesto: presenta su valor máximo justo en los extremos de la fibra, donde el esfuerzo dentro de la fibra todavía es casi nulo, y decae hacia el centro a medida que la fibra ya absorbió la mayor parte de la carga que puede recibir. Que el esfuerzo cortante interfacial alcance su máximo justo en los extremos de la fibra hace que sea, precisamente, en esos extremos donde primero podría producirse una falla de la interfaz.

Por eso este modelo, con la transferencia de carga por esfuerzo cortante interfacial con la que se abrió, explica el mecanismo físico detrás de otro modelo de este conjunto, el que describe la longitud crítica de fibra. Que la distancia que hace falta recorrer desde el extremo de la fibra, según este modelo, para que su esfuerzo de tracción alcance prácticamente su valor máximo sea una distancia característica hace que sea, en esencia, la misma longitud crítica de fibra que ese otro modelo calcula a partir de la resistencia al corte interfacial.

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