O material compósito pode ser definido como um material que é formado pela combinação de dois ou mais materiais diferentes, com a finalidade de se obter um novo material com propriedades distintas, podendo inclusive serem estas superiores em alguns aspectos às propriedades dos seus componentes individuais.

Por isso constituem hoje uma classe importante de materiais, pois oferecem muitos atributos não alcançados por outros materiais ou simplesmente porque são economicamente mais viáveis do que os materiais competidores. São constituídos de duas fases descontínuas: o material de reforço e a matriz. O material de reforço é aquele que dá ao compósito suas principais características físicas e a matriz tem a função de manter o reforço unido e orientado em sua posição adequada.

O estudo do processo de fratura nestes materiais é de extrema importância. Contudo, ao contrário de materiais homogêneos, onde as soluções analíticas provêm resultados compatíveis com os experimentais, isto não ocorre nos compósitos.

Neste trabalho, estamos interessados nos materiais compósitos reforçados por fibras, pois nesta forma eles são mais resistentes à tração do que em qualquer outra forma, o que lhes garante uma grande importância em aplicações tecnológicas.

O objetivo principal do trabalho é, através de modelos computacionais, classificar os regimes envolvidos no processo de fratura desses tipos de materiais e investigar a tenacidade ou energia gasta durante o processo.

Fizemos simulações computacionais para dois modelos que consistem de N₀ fibras paralelas de mesma constante elástica e que estão distribuídas em uma rede triangular, onde cada fibra é dividida em M segmentos de comprimento h.  Este conjunto de fibras é puxado até a ruptura com uma velocidade v. A probabilidade de ruptura de cada fibra é relacionada com a energia elástica e com o número de vizinhos inteiros que a fibra possui. No segundo modelo esta probabilidade é a distribuição de Weibull.

A cada intervalo de tempo, o feixe de fibras sofre um deslocamento Δz e uma fibra é escolhida aleatoriamente. Escolhe-se um segmento dessa fibra. Sorteia-se um número aleatório 0 ≤ x < 1 e compara-se esse número com a probabilidade de ruptura do segmento. Se x < P(z), este se rompe e segmentos vizinhos que pertencem à mesma camada, à camada superior ou à camada inferior serão visitados, podendo começar um processo de cascata. Uma vez interrompido o processo de cascata, sorteia-se mais uma fibra até completar-se o número total de tentativas. Quando um segmento de fibra se rompe, não há mais transmissão de carga para aquele ponto, pois a adesão fibra-matriz deixa de existir naquele ponto.  A cada intervalo de tempo, novas fibras são sorteadas, as fibras vizinhas são testadas e o procedimento se repete até que uma trinca percole o sistema, promovendo o surgimento de duas novas superfícies e conseqüentemente a ruptura total do material.

Os regimes de fratura são definidos como frágil, onde uma grande trinca se propaga pelo sistema, causando sua ruptura de maneira catastrófica; e como dúctil, onde ocorre somente a formação de pequenas trincas. Assim, o sistema sofre deformação plástica e consome mais energia até se romper.

Fizemos diversas simulações para estes dois modelos. Em alguns casos variando o valor da temperatura e em outros mantendo este constante e variando o valor da velocidade de tração. Em ambos os modelos, percebe-se que ao deixar a temperatura constante e diminuindo a velocidade, o sistema se torna mais resistente, ou seja, a energia necessária para a ruptura do material aumenta significativamente.

Além disso, ao fazer simulações do modelo em que a probabilidade de ruptura é relacionada à distribuição de falhas de Weibull, o sistema aparenta um processo de ruptura que se dá depois de longa deformação, típico de uma deformação visco-elástica. Num primeiro regime, o material resiste à tensão. Posteriormente, a matriz - que não se rompe, permite que pequenos fragmentos das fibras ainda mantenham a integridade do material, que já se deforma sem resistir à tensão aplicada.

O processo de fratura de um material é fortemente influenciado por fatores externos como temperatura e taxa de deformação. Assim pode ocorrer a transição entre regimes de fratura à medida que variamos estes parâmetros. A tenacidade de um material está relacionada com a quantidade de energia que o material absorve durante a fratura e por isso torna-se importante conhecê-la.

Notamos que a tenacidade do material aumenta com o acréscimo da temperatura e para uma temperatura constante a diminuição da velocidade de tração também resulta no acréscimo da tenacidade do material. Sob baixas velocidades de tração mostramos que o sistema tende a se comportar de forma dúctil.

A introdução da distribuição de Weibull permitiu representar mais adequadamente o comportamento do material para o regime visco elástico.

É importante ressaltar que nosso modelo reproduz, de forma qualitativa, os resultados previstos na literatura para diagramas tensão-deformação de materiais compósitos.