Modellazione del comportamento elastico e del danneggiamento dei laminati carbon-carbon

Carbon-Carbon is a generic designation for carbon-fiber, graphite-matrix composite materials. They show very powerful characteristics in terms of thermal and mechanical stress resistance, in addition to good tribological properties and dimensional stability. For these reasons they are largely employed not only in the aerospace industry, but also for racing applications such as high-performance braking discs. This work of thesis is part of a partnership between the Politecnico di Milano Department of Aerospace Science and Technology and Brembo Racing, and aims to identify the characteristic elastic parameters describing the elastic behaviour of Carbon-Carbon and, basing on them, a subsequent identification of the non-linear parameters of failure criteria and damage laws. In a first phase, basing on testing data, different identifications have been proposed, via classical lamination theory, statistical methods and also optimizations. Each one of them has been verified through FEM analysis, leading to one best choice. In a second phase suitable failure criteria and damage laws have been proposed in order to describe the damage in the Carbon-Carbon. The obtained results can not be defined optimal, but they show the potential of the methodology used.

Carbon-Carbon è una generica designazione per i materiali compositi con fibra di carbonio e matrice grafitica. Essi mostrano proprietà notevoli in termini di resistenza termica e meccanica a sollecitazioni termiche, oltre che buone proprietà tribologiche e di stabilità dimensionale. Per questi motivi essi trovano largo impiego nell’industria aerospaziale ma anche nelle applicazioni racing automobilistiche nei dischi freno ad alte prestazioni. Il lavoro qui proposto è frutto di una collaborazione tra il Dipartimento di Scienze e Tecnologie Aerospaziali del Politecnico di Milano e il reparto Brembo Racing di Brembo Spa, e mira ad identificare i parametri descrittivi del comportamento elastico del Carbon- Carbon e , sulla base di questi, una successiva identificazione dei parametri non-lineari caratteristici dei criteri di failure e delle leggi di danno. In una prima fase, sulla base dei dati delle prove di laboratorio, sono state dunque proposte differenti identificazioni dei parametri elastici per mezzo della teoria classica della laminazione, di metodi statistici e anche di ottimizzatori. Ciascuna di queste è stata valutata tramite analisi FEM, portando all’individuazione di una in grado di descrivere piuttosto correttamente la prova di trazione. In una successiva fase sono state propost opportuni criteri di failure e leggi di danno per la descrizione del danneggiamento del Carbon-Carbon. I risultati ottenuti non possono definirsi definitivi ed ottimali, tuttavia evidenziano le potenzialità della metodologia utilizzata.