Thermographical investigation of impacted sandwich materials

The main aims of this work are the mechanical characterization of three layered sandwich materials (steel/polymer/steel - SMS) subjected to low energy impacts and the experimental study of the impact effects on the same material considering different combination of skins, thicknesses and grades. The mechanical parameter that has been determined is the stress of damage initiation. This stress is obtained by means of stepwise fatigue tests monitored by thermal camera. It indicates the stress at which first micro plasticization occurs. In the present work this method is applied for the first time to three layered sandwich panels. The results report the proximity of the stress of damage initiation to the yielding stress of the sandwich materials. The recorded thermal data allowed to define a thermoelastic constant for SMS, by applying the thermoelastic stress analysis. The constants obtained have permitted to determine a stress concentration factor (Kt) for each impacted sample. It was observed that Kt increases with the observed depths of impact. Finally, the study of the impact depths by varying the panel parameters, such thicknesses and grades was discussed. The results show that impact depths decrease in panels with high steel thicknesses and grades, on the contrary polymer thickness did not show any influence on these panels, in the range of energy tested. In panel with low steel thickness, the polymer layer reduces the impact depths in the range of energy tested.

In questo lavoro di tesi sono stati indagati gli effetti di un impatto a bassa energia (9 J) su materiali sandwich costituiti da 3 layer: due pelli esterne di acciaio e uno strato interno di poliolefina Gli impatti sono stati realizzati all’interno dei laboratori del dipartimento di Meccanica su panelli che presentano diverse combinazioni di spessori di acciaio e plastica e diverse tipologie di pelli. Il parametro principale utilizzato per valutare la sensibilità all’impatto è stato lo sforzo di primo danneggiamento, σd. In corrispondenza di questo valore di sforzo nel materiale si hanno le prime microplasticizzazioni che, in caso di carico dinamico, portano all innesco e alla propagazione delle prime cricche. Lo sforzo di primo danneggiamento viene determinato osservando l’andamento della temperatura superficiale di provini sottoposti a prove di fatica. Questa tecnica è stata applicata per la prima volta a pannelli sandwich. In questa tesi, diversi tipi di pannelli sandwich sono stati impattati e poi sottoposti a test di fatica uniassiali stepwise, monitorati da una termocamera. I risultati ottenuti indicano un σd prossimo allo sforzo di snervamento. Le registrazioni termografiche sono state successivamente analizzate secondo la teoria termoelastica. Questa analisi ha permesso di determinare un coefficiente di intaglio (Kt) per ogni provino impattato. Infine è stata studiata l’influenza sulla profondità di impatto dei seguenti parameteri: spessore della plastica, spessore dell’acciaio e tipo di acciaio. Si è osservato come la profondità di impatto diminuisca all’aumentare dello spessore delle pelli o del loro grado. Inoltre si è osservato come lo spessore del cuore polimerico influisce sulla profondità di impatto solo fino a certi spessori di pelli. esterne.