Analisi della propagazione a fatica in giunzioni incollate di materiale composito

The advantages of employing adhesive bonding to join materials in structural and mechanical applications are well know and its use has greatly increased in recent years. However, one of the main concerns in many industries, which limits the wider application of adhesives is a lack of confidence in accurately predicting the service life of adhesive joints under cyclic-fatigue loading. In this work a fracture mechanics approach has been used to predict the performance of bonded Single Lap-Joint and Tapered Single-Lap Joint specimens. A generalized numerical procedure using finite element analysis for prediction of the joint fatigue lifetime is proposed. The number of cycle to failure (Nf) is calculated by integrating a fatigue crack growth law between initial and final crack lengths. This Paris-like power law is formulated in terms of the strain energy release rate (SERR), which is determined, at any crack length, from an FE analysis. The Paris curves were obtained by combination of crack propagation data measured on the joints and functions describing the SERR variations with the crack length calculated via FE analysis. Several alternative combinations of (crack propagation data and SERR components) significant factor were compared to investigate their possible influence on the life prediction. Furthermore, the use of the total SERR (Gtot) and equivalent SERR (Geq) as crack-propagation-controlling parameters are investigated and briefly discussed in comparison with experimental results.

I vantaggi nell’utilizzo di giunti adesivi come metodo di collegamento in applicazioni meccaniche e strutturali sono ormai noti e il loro utilizzo è aumentato notevolmente negli ultimi anni. Però uno degli aspetti che ancora ne ostacola una rapida diffusione è la difficoltà nel prevederne accuratamente la vita a fatica. In questo lavoro è stato utilizzato un approccio basato sulla meccanica della frattura per fare previsioni di durata su provini Single Lap-Joint e Tapered Single-Lap Joint. Viene proposta una procedura numerica che si basa sull’uso di analisi a elementi finiti per prevedere la vita a fatica dei giunti. Il numero di cicli a rottura viene calcolato integrando una legge di propagazione della cricca tra un valore di cricca iniziale e finale. Tale legge simile a quella del Paris è formulata in termini di tasso di rilascio di energia G che viene determinato, per ogni lunghezza di cricca, attraverso analisi FEM. Le curve di durata del Paris sono ottenute attraverso una combinazione dei dati sperimentali disponibili e delle funzioni che descrivono la variazione del tasso di rilascio di energia G con la lunghezza della cricca calcolate mediante analisi ad elementi finiti. Diverse combinazioni dei dati di propagazione e delle componenti del tasso di rilascio di energia G sono state analizzate al fine di individuarne l’influenza nella previsione della vita utile. Inoltre l’uso del tasso di rilascio di energia di deformazione totale Gtot e del tasso di rilascio di energia di deformazione equivalente (Geq) come parametri fondamentali di controllo della propagazione della cricca è stato esaminato e confrontato con i risultati sperimentali.