Comportamento di giunzioni discontinue per materiali compositi

One of the issues related to composite materials structures is the possibility to realize discontinued single sided junctions by screws. In facts, to directly hole and thread a fibrous reinforced composite material, aiming to fasten a screw in it, can bring problems due to material damage. This could bring to reduce structural integrity. Hence, metal threaded inserts are used. Once installed, these inserts provide a metal threaded hole that guarantee a longer life of the junction. However, inserts’ installation requires different steps which are quite expensive in terms of time. In between these, there are thread milling, inserts sand blasting and gluing. This work aims to experimentally assess the mechanical behavior of threaded metal inserts like Keensert® as a function of the installation technique. Therefore they have been subjected to pull-through and torque tests. The effects of singly skipping any of the installation steps are valuated. Moreover, tests on different materials have been made to assess the influence of material on insert strength. After experimental tests, a numerical model has been made to simulate insert pull-through, using commercial code LS-DYNA®. The laminate has been modeled ply-by-ply and each ply has been tied to the next one with a failure contemplated contact model. *MAT059 material model has been used. To accurately reproduce local damage phenomena due to insert pull-through, thread’s crests have been modeled as well. Numerical results have shown a good correlation with experimental data both in force-displacement curve, both in material local damage.

Uno dei problemi associati alle strutture in materiale composito risiede nella possibilità di realizzare giunzioni discontinue a singola accessibilità tramite viti. Infatti, forare e filettare direttamente materiali compositi a rinforzo fibroso, con lo scopo di serrarvi una vite, può portare a problemi relativi al danneggiamento del materiale e all’insufficiente resistenza per garantire integrità strutturale. Per tal motivo vengono utilizzati inserti metallici filettati. Questi, una volta installati nel composito, forniscono un foro filettato in materiale metallico che garantisce una maggior longevità della giunzione. La loro installazione, però, richiede diverse fasi piuttosto dispendiose in termini di tempo. Tra queste troviamo la realizzazione della filettatura via fresatura, la sabbiatura e l’incollaggio. Questo lavoro intende valutare sperimentalmente il comportamento meccanico di inserti filettati tipo Keensert® in funzione della tecnica di installazione seguita, sottoponendoli a prove di estrazione e di torsione. In particolare sono stati valutati singolarmente gli effetti dell’omissione delle fasi sopra menzionate e tratte conclusioni sulla loro effettiva importanza. Inoltre, le prove sono state eseguite su materiali differenti ed è stato possibile valutare l’effetto del materiale sulla resistenza dell’inserto. In seguito alle prove sperimentali è stato realizzato un modello numerico per simulare l’estrazione dell’inserto dal materiale composito utilizzando il codice commerciale LS-DYNA®. Il laminato è stato modellato lamina per lamina con elementi solidi vincolati tra loro tramite un contatto coesivo con cedimento. Il materiale è stato modellato utilizzando il *MAT_59. Per riprodurre più fedelmente i fenomeni locali che si verificano durante l’estrazione dell’inserto sono state modellate anche le creste del filetto. I risultati delle simulazioni hanno mostrato una buona correlazione con i dati sperimentali sia in termini di curva forza-spostamento sia di danneggiamento del materiale.