One of the current problems in the automotive sector is the reduction of CO2 emissions from vehicles. One solution to address this is the reduction of the mass of the vehicle itself. Thus, the producers and fabricators of parts and equipment for automobiles, such as Plastic Omnium, have developed the widespread use of composite materials. At the present; the composite parts used in vehicles are secondary or semi- structural parts. The reduction of weight of an automobile begins with the introduction of composite materials to replace metal structural parts, which have better performance characteristics in terms of weight/ strength ratios, but also the optimization of the dimensions of these pieces. For now, the dispersive properties of composites, necessitate the over-sizing of structural parts. Composite materials are well adapted to receive sensors/ actuators of mesoscopic size which could possibly be integrated on parts. The level of damage (or structural health) of the parts equipped in this manner could be undertaken regularly, to monitor the need for repair or replacement, thus providing an alternative to the huge over-sizing, today required to avoid the rarest cases of rupture. In techniques used for Structural Health Monitoring (SHM), a range of sensor types can be used, in the research presented here, two technologies have been explored: the acoustic emission and vibrational analysis of composite (C-SMC) profiles. The SMC are increasingly used in the automotive industry. In the case of acoustic emissions, the number of hits produced at increasing load « felicity ratio » and at decreasing load « calm ratio » appears to be suitable criteria for structural health monitoring on composite materials, which do not require the constant application of acoustic emissions measurements. Vibrational analysis was performed at different levels of damage. The use of the principle of potential forces allows realization of the frequency response function (FRF) to observe the level of damage within the composite. An analysis of the existing allowed to make some assumptions about the way of use and the implementation phases of SHM on automotive market.

Una fra le più importanti problematiche del settore automobilistico, è la riduzione del tasso di CO2 emessa dai veicoli. Tra le diverse soluzioni per rispondervi troviamo la riduzione della massa dei veicoli. In questa ottica, i costruttori di parti automobilistiche, lavorano sulla realizzazione di pezzi in materiale composito. Al momento questi materiali vedono applicazione maggiormente nella fabbricazioni di parti secondarie e semi/strutturali. La tappa successiva, passerà attraverso l’introduzione di pezzi strutturali realizzati in materiali dalle migliori proprietà specifiche, rispetto ai metalli; ma anche attraverso un dimensionamento ottimizzato di tali parti. Infatti, per il momento, le proprietà dispersive dei compositi impongono di sovra-dimensionare i pezzi. Lo stato di salute dei materiali compositi può però essere controllato regolarmente col fine di riparazione o sostituzione in caso di bisogno; si offrirà così un’alternativa allo smisurato sovradimensionamento, ad oggi necessario, per evitare anche i più rari casi di rottura. Per il monitoraggio d’integrità o SHM (Structural Health Monitoring) possono essere utilizzate diverse tipologie di sensori (fibre ottiche, fibre di carbonio, …) e tecnologie. In questa tesi sono state esplorate due tecnologie: l’emissione acustica e l’analisi vibratoria. I test sono stati fatti su profili in SMC (Sheet moulding compound); questa tipologia di compositi per ragioni di tempi di stampaggio, è sempre più utilizzata in ambito automobilistico. Nel caso dell’emissione acustica, le misure del tasso di eventi acustici alla messa sotto sforzo “rapporto Felicity” e alla decompressione “rapporto Calm” sono apparsi come criteri ben adatti per fare SHM sui compositi SMC. L’utilizzazione del principio delle forze virtuali in analisi vibratoria ha permesso, a partire dalla funzione di risposta in frequenza (FRF), di controllare il livello di danneggiamento. I risultati ottenuti sono ancora di carattere esplorativo, ma promettenti per entrambe le tecnologie. Un’analisi dell’esistente ha permesso inoltre di avanzare alcune ipotesi sul modo d’uso e sulle fasi d’implementazione sul mercato automobilistico dell’SHM.

Stay light stay safety. Studio e sperimentazione di tecnologie per monitorare l’integrità strutturale di compositi intelligenti preimpregnati in lastre

CACCIOTELLA, SIMONE
2015/2016

Abstract

One of the current problems in the automotive sector is the reduction of CO2 emissions from vehicles. One solution to address this is the reduction of the mass of the vehicle itself. Thus, the producers and fabricators of parts and equipment for automobiles, such as Plastic Omnium, have developed the widespread use of composite materials. At the present; the composite parts used in vehicles are secondary or semi- structural parts. The reduction of weight of an automobile begins with the introduction of composite materials to replace metal structural parts, which have better performance characteristics in terms of weight/ strength ratios, but also the optimization of the dimensions of these pieces. For now, the dispersive properties of composites, necessitate the over-sizing of structural parts. Composite materials are well adapted to receive sensors/ actuators of mesoscopic size which could possibly be integrated on parts. The level of damage (or structural health) of the parts equipped in this manner could be undertaken regularly, to monitor the need for repair or replacement, thus providing an alternative to the huge over-sizing, today required to avoid the rarest cases of rupture. In techniques used for Structural Health Monitoring (SHM), a range of sensor types can be used, in the research presented here, two technologies have been explored: the acoustic emission and vibrational analysis of composite (C-SMC) profiles. The SMC are increasingly used in the automotive industry. In the case of acoustic emissions, the number of hits produced at increasing load « felicity ratio » and at decreasing load « calm ratio » appears to be suitable criteria for structural health monitoring on composite materials, which do not require the constant application of acoustic emissions measurements. Vibrational analysis was performed at different levels of damage. The use of the principle of potential forces allows realization of the frequency response function (FRF) to observe the level of damage within the composite. An analysis of the existing allowed to make some assumptions about the way of use and the implementation phases of SHM on automotive market.
DE NARDO, LUIGI
SALVIA, MICHELLE
GRANDO, JEROME
ARC III - Scuola del Design
21-dic-2016
2015/2016
Una fra le più importanti problematiche del settore automobilistico, è la riduzione del tasso di CO2 emessa dai veicoli. Tra le diverse soluzioni per rispondervi troviamo la riduzione della massa dei veicoli. In questa ottica, i costruttori di parti automobilistiche, lavorano sulla realizzazione di pezzi in materiale composito. Al momento questi materiali vedono applicazione maggiormente nella fabbricazioni di parti secondarie e semi/strutturali. La tappa successiva, passerà attraverso l’introduzione di pezzi strutturali realizzati in materiali dalle migliori proprietà specifiche, rispetto ai metalli; ma anche attraverso un dimensionamento ottimizzato di tali parti. Infatti, per il momento, le proprietà dispersive dei compositi impongono di sovra-dimensionare i pezzi. Lo stato di salute dei materiali compositi può però essere controllato regolarmente col fine di riparazione o sostituzione in caso di bisogno; si offrirà così un’alternativa allo smisurato sovradimensionamento, ad oggi necessario, per evitare anche i più rari casi di rottura. Per il monitoraggio d’integrità o SHM (Structural Health Monitoring) possono essere utilizzate diverse tipologie di sensori (fibre ottiche, fibre di carbonio, …) e tecnologie. In questa tesi sono state esplorate due tecnologie: l’emissione acustica e l’analisi vibratoria. I test sono stati fatti su profili in SMC (Sheet moulding compound); questa tipologia di compositi per ragioni di tempi di stampaggio, è sempre più utilizzata in ambito automobilistico. Nel caso dell’emissione acustica, le misure del tasso di eventi acustici alla messa sotto sforzo “rapporto Felicity” e alla decompressione “rapporto Calm” sono apparsi come criteri ben adatti per fare SHM sui compositi SMC. L’utilizzazione del principio delle forze virtuali in analisi vibratoria ha permesso, a partire dalla funzione di risposta in frequenza (FRF), di controllare il livello di danneggiamento. I risultati ottenuti sono ancora di carattere esplorativo, ma promettenti per entrambe le tecnologie. Un’analisi dell’esistente ha permesso inoltre di avanzare alcune ipotesi sul modo d’uso e sulle fasi d’implementazione sul mercato automobilistico dell’SHM.
Tesi di laurea Magistrale
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