Analysis of glass fiber and flax fiber sandwiches behaviour under static and impact loadings

Sandwich panels are increasingly used for the construction of lightweight structures, both in the aerospace, mechanical or naval field. The possibility of using different materials and geometries opens up multiple possibilities for design and development. In particular, the company VESO-Concept aims to develop a product that is structurally efficient and at the same time biological and eco-friendly, studying skins made of flax fiber. The work of thesis focuses on this, and it’s developed at the Institut superieur de l’aeronatique et de l’espace ISAE-SUPAERO in Toulouse. Bioflax corrugated sandwich structures are analyzed and compared with standard structures, consisting of honeycomb core and fibreglass skins. A study was conducted to characterize their behavior under static and dynamic loads. Experimentally, three-point bending and penetration tests were performed on the panels, followed by implicit and explicit numerical models. To set the models correctly, further tests are carried out on individual materials, with particular attention to the Nomex HRH-78 honeycomb and Bioflax plies. The first is set with parametric approach, taking into account the results of compression and traction tests, and bibliographic uncertainties. The second instead is investigated with an analysis of the damage, making use, in the modelling with Abaqus, of an ad-hoc subroutine. The results obtained in this way are introduced in the complete modelling of the sandwich panels, whose results are analysed and possible future developments explored.

I pannelli sandwich sono elementi sempre più diffusi per la costruzione di strutture leggere, sia in campo aerospaziale, che meccanico o navale. La possibilità di utilizzare materiali e geometrie diverse apre a molteplici possibilità di progettazione e sviluppo. L’azienda VESO-Concept in particolare, punta a sviluppare un prodotto che sia strutturalmente efficiente e insieme biologico, studiando pelli costituite da fibra di lino. Il lavoro di tesi si inserisce in questo progetto, sviluppato presso l’ Institut superieur de l’aeronatique et de l’espace ISAE-SUPAERO di Tolosa. In particolare ci si è concentrati sulla analisi di strutture sandwich corrugate in Bioflax, che sono state poi confrontate con strutture standard, costituite da nido d’ape e fibra di vetro. E’ stato condotto uno studio per caratterizzare il loro comportamento sotto carichi statici e dinamici. Sperimentalmente, sui pannelli sono stati eseguiti test di flessione a tre punti e di penetrazione, e ne sono poi stati realizzati i modelli numerici, impliciti ed espliciti. Per settare correttamente i modelli, ulteriori test vengono effettuati sui singoli materiali, con particolare attenzione al nido d’ape Nomex HRH-78 e alle pelli Bioflex. Il primo viene settato con approccio parametrico, tenendo conto dei risultati dei test a compressione e trazione, e delle incertezze bibliografiche. Il secondo invece viene investigato tramite un’analisi del danno, facendo uso, nella modellazione con Abaqus, di una subroutine ad-hoc. I risultati cosi ottenuti sono introdotti nella modellazione completa dei sandwich, di cui si analizzano i risultati e si vagliano possibili sviluppi futuri.