Impatto tra solidi alla macro e micro scala

Chipping due to impact loads in brittle materials has been investigated both at the macroscale and microscale with numerical simulations carried out by using a commercial finite element code and different elastic and inelastic constitutive models. The distribution of the local pressures, the internal stresses in the impactor and in the target body, and the fracture mechanisms have been studied as a function of different impact velocities and distances between the impacted region and the specimen edge. In particular, at the macroscale the impact between spheres made of ceramics or steel and target specimens built in borosilicate glass have been considered. At the microscale movable parts of a micro-electromechanical system device made of polysilicon, impacting against fixed targets or other regions in motion, have been investigated. The numerical outcomes have been compared with analytical and experimental results, and the role of the material behaviour have been discussed. Numerical issues related to the contact, such as the role of the discretization at the local contact interface, have been also considered. It has been shown that a brittle cracking model can represent at the macroscale qualitatively and in some part also quantitatively the different chipping mechanisms, while at the microscale the role of the compressive stresses should also be taken into account for.

Il Chipping dovuto a carichi di impatto in materiali fragili è stato investigato alla macroscala e alla microscala attraverso simulazioni numeriche eseguite da un codice commerciale ad elementi finiti usando differenti modelli costitutivi elastici ed anelastici. La distribuzione delle pressioni locali e degli sforzi interni sono stati analizzati nel corpo impattatore e nel bersaglio. I meccanismi di frattura sono stati studiati in funzione della velocità di impatto e della distanza tra la regione di impatto e il bordo del provino. In particolare, alla macroscala è stato analizzato l’impatto tra sfere di ceramica e acciaio e provini di vetro borosilicato. Alla microscala si è analizzato l’impatto tra parti mobili di sistemi micro elettronici-meccanici contro parti fisse o altre parti in movimento. I risultati numerici sono stati confrontati con dati sperimentali e soluzioni analitiche, e si è discusso il ruolo del comportamento del materiale. Si sono considerati problemi numerici relativi al contatto come ad esempio il ruolo della discretizzazione nella regione di contatto. Si è mostrato che il comportamento con frattura fragile può rappresentare qualitativamente e in parte anche quantitativamente i differenti meccanismi di chipping mentre alla microscala è necessario tenere conto degli sforzi di compressione.