Attività di impatto volatile contro strutttura sandwich

This thesis work deals with the study of bird impact against sandwich structures, largely employed in the aerospace industry. The study has been performed both experimentally and numerically. First of all, characterization of the materials involved has been performed, followed by both numerical and experimental reproductions of bird surrogates against a rigid target. Finally, a bird strike test against a sandwich panel has been carried out. The composite characterized in this thesis work is composed by CFRP skins HEXPLY 8552S 37% AGP280 and Nomex HEXWEB A1-32-13 core. Experimental analysis finalized to material characterization have been performed at Politecnico di Milano C1 laboratories. The principal reference for the study of impacts against rigid targets has been the work previously carried out by Willbeck and Barber. As a matter of fact, their activities proved to be instrumental in defining the basis of the hydrodynamic theory, a valid tool in this field of study still nowadays. Experimental bird impact tests have been performed using bird surrogates made of PERMAGEL®, a special ballistic jelly capable of reproducing real birds' behavior during the impact. In order to perform the experimental bird impact test involving the sandwich panel, a support structure for the panel itself has been designed and validated numerically. Once built, the impact test against the composite panel has been carried out. All impact tests have been performed at Politecnico di Milano LaST. The finite element software LS-Dyna has been used in order to develop all numerical models. To perform material characterization, all numerical-experimental correlation activities have been based on load-displacement curves comparison. For the impact tests correlation, a qualitative evaluation, force curves trend and impact time analysis have provided the necessary means for comparison.

Il presente lavoro di tesi affronta le problematiche relative allo studio di fenomeni d'impatto volatile contro strutture sandwich, impiegate ampiamente nel settore aeronautico. L'attività è stata svolta attraverso un approccio sia sperimentale sia numerico. Si sono caratterizzati i materiali oggetto di indagine e riprodotti, sia al calcolatore sia al vero,gli impatti tra surrogati di volatile e bersaglio rigido. Infine si è effettuata una prova di bird impact sperimentale contro un pannello sandwich. Il composito caratterizzato nel presente lavoro di tesi è costituito da pelli in fibra di carbonio HEXPLY 8552S 37% AGP280 e riempitivo Nomex HEXWEB A1-32-13. Le analisi sperimentali per la caratterizzazione dei materiali sono state svolte presso i laboratori C1 del Politecnico di Milano. Per quanto concerne l'analisi della problematica d'impatto contro bersaglio rigido, si è fatto riferimento alle attività svolte da Willbeck e Barber, che hanno portato allo sviluppo di un surrogato del volatile reale e hanno posto le basi della teoria idrodinamica, ancora oggi valido riferimento per questo campo di studi. Per l'esecuzione delle prove sperimentali menzionate si è fatto quindi uso di un surrogato di PERMAGEL®, una gelatina balistica in grado di riprodurre il comportamento di un volatile reale durante l'impatto. Per l'esecuzione della prova di impatto, sperimentale, sul pannello in materiale composito si è progettata e validata, con l'ausilio di modelli numerici, la struttura di sostegno del pannello stesso. Si è quindi svolta la prova d'impatto contro il pannello sandwich. Tutte le prove d'impatto volatile sono state svolte presso il LaST del Politecnico di Milano. Per lo sviluppo dei modelli numerici si è utilizzato il solutore ad elementi finiti LS-Dyna. Il lavoro di correlazione numerico-sperimentale si è basato sul confronto delle curve forza-spostamento per quanto concerne l'attività di caratterizzazione dei materiali. Nel caso delle prove d'impatto, una valutazione qualitativa, un'analisi dell'andamento delle forze e dei tempi d'impatto hanno costituito i principali elementi di confronto.