Identificazione proprietà meccaniche di laminati carbon-carbon e loro caratterizzazione a fatica

Carbon-Carbon (CC) materials belongs to the composite class, made by carbon fiber in a carbon matrix. Unlike the most common composite made with polymer matrix, they have high dimensional stability and low thermal expansion; moreover they are able to face temperatures close to 2500 C. In addition, the excellents tribological properties, makes this material particularly suitable in the building of brake discs with high performances, as in the aerospace industry as in the cars competitions. Since the making of process to obtain it, produce a brake disc in which coexists different fiber orientations, it's essentials to know how they act. The specimens used in this work, are mainly of 3 kinds: Pseudo0, Pseudo45, Pseudo90 differenciated among them by the different fiber orientations. The goal of this thesis, sided by an huge experimental campaign hosted at Politecnico di Milano laboratories, has been the experimental study of tensil static strenght, fatigue responsal, and the elastical parameter identification of the ortothrope layer, basic element of the laminate. The thesis showed results common to the 3 tipolgies, as the non-sensitivity in respect to the bug already existents in the specimens, and different aspects, as the fatigue respons. In particular Pseudo0 seems to not be harmed by fatigue cycles, unlike the Pseudo45 and such in a minor way despite the Pseudo90 specimens. Involving the 3 tipologies in a common view instead, the elastic parameters of the ortothrope layer has been achieved via an optimizazion routine that minimizes an objective function. The brand new aspect is that this routine now is sensitive to the real fiber orientation of the specimens, unlike the previous one in which the orientations were just idealized. Moreover a more exact results for the elastic parameters has been achieved and discuss thanks to the subsequent use of fmincom and fminsearch Matlab functions. Future developments of the present thesis could be about a new definition of the objective function, involving the Poisson's coefficient, proveded that get it in a congruent way.

I materiali Carbon-Carbon (CC) sono una classe di compositi costituiti da matrice e fibra in carbonio. A differenza dei compositi più comuni a matrice polimerica, essi hanno un'elevata stabilità dimensionale e bassa dilatazione termica, oltre a resistere a temperature prossime ai 2500 C. Inoltre essi godono di ottime proprietà tribologihe, ragion per cui sono un materiale molto utilizzato nella fabbricazione di dischi freni ad elevatissime prestazioni, sia in ambito aerospaziale quanto nel mondo delle competizioni automobilistiche. Dal momento che il processo di ottenimento del laminato, produce un disco freno in cui convivono diverse orientazioni, è fondamentale riuscire a caratterizzarne il comportamento per ognuno di essi. I provini utilizzati nel corso del presente lavoro, sono di 3 tipologie: Pseudo0, Pseudo45, Pseudo90 differenziati sulla base delle sequenze di laminazione. Lo scopo del presente lavoro, affiancato da un'importante campagna di prove sperimentali condotte presso il laboratorio del Politecnico di Milano, ha riguardato la caratterizzazione sperimentale della resistenza statica di trazione, il comportamento a fatica, e l'identificazione delle proprietà elastiche della lamina ortotropa, elemento base che conduce al laminato. Il lavoro ha mostrato tratti comuni a tutte le tipologie, come ad esempio la assoluta non sensibilità ai difetti pre-esistenti, ma anche tratti differenti, come ad esempio il comportamento a fatica. In particolare i provini Pseudo0 sembrano non subire la fatica, a differenza degli Pseudo45, ed in misura ancora minore rispetto agli Pseudo90. Inglobando le 3 tipologie in una visione comune invece, si è riusciti ad ottenere le proprietà elastiche della lamina ortotropa attraverso una routine di ottimizzazione di una funzione obiettivo, sensibile anche alla reale sequenza di laminazione. Questo aspetto è del tutto nuovo rispetto alla precedente routine, in cui le sequenze di laminazione erano solamente ipotizzate. Inoltre si è messo a punto una procedura per l'affinamento dei risultati dell'identificazione, mediante l'uso successivo delle funzioni fmincon e fminsearch di Matlab. Sviluppi futuri in tal senso, potrebbero prendere in considerazione l'idea di scrivere una funzione obiettivo differente, che tenga anche conto del coefficiente di Poisson, a patto di riuscire a determinarlo in maniera coerente in laboratorio.