Caratterizzazione meccanica di giunzioni incollate con adesivi, nastri biadesivi e in configurazione ibrida combinata

The bachelor’s thesis deals with the analytical, numerical and experimental study of steel joints, bonded by the two-component epoxy adhesive 7260 B/A and the double-sided tape VHB Tape 5907 by 3M. The main aim of this work is the characterization of these structural adhesives, which will replace the traditional mechanical connections of a parabolic solar collector, developed in collaboration with ENI and the Boston University MIT. The thesis work is divided in two parts, the first part deals with the single-lap and T-joint joints. In particular the possibility of replacing a part of the structural adhesive, will be used for the joints of the solar collector, with the double-sided adhesive tape VHB has been studied. With this aim, several tests have been performed at different test speeds and their responses have been analyzed, changing the surface roughness. Thanks to the obtained results, some hybrid junctions between the two adhesives (epoxy adhesive and double-sided tape) have been realized and tested. The introduction of the double-sided tape in a bonded joint entail enhancements and facilitations in the phase of realization and handling of the joint. The second part of the work is focused on the characterization of the 3M structural adhesive 7260 through the identification of the corresponding critical value SERR (Strain Energy Release Rate), i.e. the evaluation of the critical strain energy release rate at the crack tip during the propagation in mode I and mode II opening. For this reason, analytic theories, which best describe the physics of the problems, have been introduced, conducting experimental tests on the components, describing step by step all the phases of bonding, and making FEM models (Finite Element Method) of delamination through the VCCT (Virtual Crack Closure Technique). Thanks to this part of the work, the characteristic values of GIc and GIIc have been carried out. Finally, the experimental tests and the numerical models have been compared in order to validate them.

La presente tesi propone lo studio analitico, numerico e sperimentale di giunzioni in acciaio, incollate tramite l’adesivo epossidico bicomponente 7260 B/A e, congiuntamente o in alternativa, il nastro biadesivo VHB Tape 5907 della 3M. L’obiettivo è la caratterizzazione di tali adesivi strutturali, che andranno a sostituire i normali collegamenti meccanici di un collettore solare parabolico, sviluppato in collaborazione con ENI e con l’università di Boston MIT. La prima parte del lavoro è incentrato sui giunti single-lap e T-joint: in particolare è stata studiata la possibilità di sostituire parte dell’adesivo strutturale, attualmente miglior candidato ad essere utilizzato per le giunzioni reali, con il nastro biadesivo VHB. Per questo motivo sono stati eseguiti diversi test a diverse velocità di prova ed analizzate le loro risposte al variare della rugosità superficiale. Grazie all’analisi dei risultati, sono state progettate, realizzate e studiate delle giunzioni ibride che utilizzano i due adesivi accoppiati. L’introduzione del nastro biadesivo in una giunzione incollata, infatti, agevolerebbe la fase di assemblaggio, permettendo la movimentazione del giunto anche durante la fase di curing dell’adesivo. La seconda parte del lavoro è focalizzata sulla caratterizzazione dell'adesivo strutturale epossidico bicomponente 7260, attraverso l'identificazione del relativo valore critico di SERR (Strain Energy Release Rate), ovvero il tasso di energia critica di deformazione rilasciata all'apice della cricca durante il processo di propagazione, con apertura in modo I e modo II. Per fare questo sono state utilizzate le teorie analitiche che meglio descrivono la fisica dei problemi ed effettuate prove sperimentali sui componenti, descrivendo passo dopo passo tutte le fasi realizzative dell’incollaggio. A supporto delle prove sperimentali, sono stati realizzati i relativi modelli FEM (Finite Element Method); la delaminazione è stata simulata tramite VCCT (Virtual Crack Closure Technique). L’intero studio, svolto per un analisi di tipo statico, ha portato all’ottenimento dei valori di GIc e GIIc. In conclusione di questo lavoro, le prove sperimentali ed i modelli numerici sono stati messi a confronto al fine di validare questi ultimi.