Fatiga De Materiales

Fatiga en materiales compuestos: comportamiento y mecanismos de degradación
Introducción
Es conocido que prácticamente todos los materiales sufren degradación de sus propiedades mecánicas a lo largo del tiempo por la aplicación de cargas cíclicas, o simplemente como consecuencia de su exposición a unas condiciones ambientales. La mayoría de elementos de materiales compuestos también sonsensibles a la fatiga por cargas cíclicas lo que puede conducir al fallo del elemento estructural en cuestión.
Por lo tanto, es generalmente aceptado que los polímeros reforzados con fibras sufren fatiga. En un laminado o en una lámina de compuesto sometida a una sucesión de cargas cíclicas se observan principalmente dos fenómenos desde un punto de vista estructural: (i) la degradación de su rigidez alo largo de la aplicación de los ciclos de carga y (ii) la rotura de la pieza, al cabo de un número de ciclos de aplicación de la carga, a niveles inferiores a los de la resistencia estática. Este comportamiento es consecuencia de la conjunción de varios mecanismos de daño que van apareciendo en distintos puntos del material a lo largo de este periodo. La coalescencia de estos daños o roturaslocales provoca la degradación de las propiedades mecánicas globales. Estos mecanismos son los mismos que suceden al cargar el material cuasi-estáticamente, pero el distinto ritmo de evolución y la consiguiente interacción entre mecanismos al aplicar cargas cíclicas conducen a modos de degradación y fractura distintos. La participación relativa de cada mecanismo de daño depende tanto de las propiedadesde los materiales constituyentes y de la configuración del laminado como de las características de la carga aplicada.
El objeto a largo plazo de los estudios sobre el daño en compuestos consiste en desarrollar un marco conceptual que permita predecir la forma de deterioro microestructural según un estado de cargas, su evolución, su interacción y su influencia sobre las propiedades mecánicas delmaterial. Este conocimiento no sólo permitiría prever la esperanza de vida de un elemento estructural sino que posibilitaría el diseño del material para una vida óptima en una aplicación determinada. Es ésta una tarea enorme que, por su complejidad, parece todavía de difícil alcance. Sin embargo, existen numerosos estudios en esta dirección abordados en condiciones especialmente favorables y quehan servido para aclarar algunas generalidades importantes sobre este tema.
Debe hacerse alusión también a la importancia de las discontinuidades o defectos del material, introducidos a veces durante el proceso de producción, que influyen en el comportamiento a fatiga de los compuestos. Microcavidades, desalineaciones de las fibras, variaciones locales del contenido de fibra, etc. pueden ser loselementos que determinen el comportamiento a fatiga del compuesto. La búsqueda de mejores propiedades a fatiga pasa, a buen seguro, por una mejora en las técnicas de producción. Por otra parte, un correcto conocimiento del comportamiento a tiempos largos requerirá una caracterización eficiente y un buen tratamiento estocástico de estos defectos.
En los primeros apartados de este capítulo semuestra una visión general del comportamiento estructural global de los laminados sometidos a fatiga. Se presentan las formas más comunes de caracterizar la degradación de un laminado (curvas S-N, evolución de la rigidez con el número de ciclos, curvas de resistencia residual, etc.). También se introducen los principales aspectos que influyen en su respuesta a lo largo del tiempo, biendebidos al propiomaterial, bien referentes al estado de solicitación que producen las cargas externas cíclicas (como por ejemplo, la influencia de la tensión media, tensiones a tracción y compresión, etc.). A continuación, en este mismo capítulo, se pretende resumir de manera cualitativa los mecanismos microestructurales que conducen a la degradación de un material compuesto de matriz polimérica y que permiten...