Simulation of delamination in composite materials using the serial/parallel mixing theory

Este artículo presenta un nuevo procedimiento con el que simular el fallo por delaminación en materiales compuestos. El método propuesto utiliza la teoría de mezclas serie/paralelo, desarrollada por Fernando Rastellini, para la caracterización constitutiva del material compuesto. Esta formulación obtiene el comportamiento del compuesto acoplando la respuesta constitutiva de los materiales componentes, fibra y matriz, imponiendo una relación de iso-deformación en la dirección de la fibra (dirección en paralelo) y una relación de iso-tensión en el resto de direcciones (direcciones en serie). Si bien la teoría de mezclas serie/paralelo permite simular los materiales componentes con cualquier ecuación constitutiva, el presente trabajo utiliza una formulación de daño para caracterizar la matriz y una formulación elástica para la fibra. Se mostrará que es posible, utilizando la teoría de mezclas serie/paralelo y una formulación de daño, simular el fallo del compuesto por delaminación. Además, éste se obtiene de forma natural, sin necesidad de definir elementos especiales en los que propagar la fractura, ni ser necesario utilizar costosas técnicas numéricas como el remallado o elementos de contacto. Con el procedimiento propuesto el fallo constitutivo de la matriz conduce a una reducción de la capacidad portante del compuesto en las direcciones en serie (entre otras, la dirección de las tensiones tangenciales) sin eliminar la capacidad resistente en la dirección de la fibra. Se probará que un material compuesto con este comportamiento corresponde a un material delaminado. La última sección de este artículo muestra la simulación del End Notch Failure Test y los resultados obtenidos son comparados con resultados experimentales. La similitud de los resultados numéricos y experimentales demuestra la validez del método propuesto para resolver problemas de delaminación en materiales compuestos.