Analisi delle fratture intralaminari nella matrice dei materiali compositi mediante tecniche di modellazione bifasiche

Among the most innovative materials in aeronautical and automotive industry there are composite materials, their importance is due to their high structural efficiency with respect to traditional materials. Nevertheless, there are some difficulties in predicting, simulating and studying the damage propagation mechanisms which occur inside them. So far a lot of studies were made to try to estimate the difects' propagation iside composite materials, with attention to \textit{delamination} and \textit{transverse matrix cracking} phenomena. The main goal of this thesis is to adapt a numerical model built previously and make it able to simulate both damage propagation types. The changes made aim at removing the part about modeling interlaminar phenomena. It's demonstrated that the new model presents the advantage of a good computation times reduction keeping the same capability of representing physical phenomenon. The results of the finite elements analysis are compared with the experimental ones to improve the used thecnique. The correlation is verified both for monodimensional \textit{cross-ply} laminate specimens and bidimensional ones. The second part of the work is focused on a well known problem that is present in composite numerical sumulations that is the cracks propagation into directions different from trasversal and longitudinal ones. In fact with the available models is not impossible to make a numerical simulation of the phenomena birth and growth in any directions, which is very important for \textit{angle-ply} laminates analysis. Future works should consider the possibility of taking into account also side effects and interlaminar passage of cracks, both for \textit{cross-ply} and \textit{angle-ply} laminates.

Tra i materiali più innovativi in campo aeronautico e automobilistico compaiono senz'altro i materiali compositi, la cui importanza è dovuta alla loro elevata efficienza strutturale rispetto ai materiali tradizionali. Particolare difficoltà viene però incontrata nel tentativo di predire, simulare e studiare i meccanismi di propagazione del danno all'interno di essi. Ad oggi sono stati eseguiti molti studi per cercare di valutare la propagazione di difetti nei materiali compositi, con particolare attenzione ai fenomeni di \textit{delaminazione} e di \textit{transverse matrix cracking}. Lo scopo principale di questa tesi è stato adattare un modello numerico precedentemente sviluppato ed in grado di simulare entrambi le tipologie di propagazione del danno. Le modifiche apportate sono finalizzate alla rimozione della parte di modellazione di fenomeni interlaminari. Si è dimostrato che il modello così rielaborato presenta il vantaggio di una notevole riduzione dei tempi di calcolo con pari capacità di rappresentazione del fenomeno fisico. Allo scopo di validare la tecnica utilizzata si sono confrontati i risultati ottenuti dalle analisi ad elementi finiti con quelli sperimentali presenti in letteratura. La correlazione è stata verificata sia per provini monodimensionali che bidimensionali di laminati \textit{cross-ply}. La seconda parte del lavoro è stata invece concentrata su un notevole problema che si presenta nella simulazione numerica dei compositi ossia la propagazione delle cricche in direzioni differenti da quelle trasversali e longitudinali. Con i modelli ad ora disponibili non è infatti possibile effettuare una simulazione numerica della nascita e sviluppo del fenomeno in una direzione qualsiasi, cosa di fondamentale importanza per l'analisi di laminati \textit{angle-ply}. Si è dimostrato che il codice sviluppato in questa tesi è in grado di simulare correttamente anche questo aspetto rendendolo interessante anche da un punto di vista applicativo. I possibili sviluppi futuri potrebbero essere, ad esempio, la possibilità di considerare anche gli effetti di bordo e il passaggio interlaminare del difetto, sia per laminati \textit{cross-ply} che \textit{angle-ply}.