Analisi della propagazione del danneggiamento in un componente strutturale aeronautico in materiale composito

The aim of this thesis is to investigate the influence of intralaminar and interlaminar damage in a laminated aeronautical structural component in composite material (IM7/8552). In particular it consists of a panel co-cured to a stringer with omega-shaped section subjected to compression. The geometric dimensions of the specimen make it representative of a bigger panel with more stringers. Numerical analysis were performed on specimens of shell elements with and without an embedded delamination, paying particular attention to the definition of models able to predict the beginning and the propagation of the damage. The beginning of the fracture was estimated by using the Hashin criterion which enables to highlight the phenomena concerning both the fibers and the matrix separately. The propagation of the embedded delamination in general mixed-mode conditions was faced with the employ of 3D cohesive elements with eight-connections nodes in the area between the stringer flanges and the panel. The parameters for a correct working of the cohesive elements were set by the numerical analysis of a DCB in AS4/PEEK subjected to pure mode I of damage, comparing the behavior obtained numerically with the experimental behavior to obtain the better compromise between accuracy and computational cost.

Questo lavoro di tesi ha lo scopo di investigare l'influenza del danneggiamento intralaminare ed interlaminare in un componente strutturale aeronautico laminato in materiale composito (IM7/8552). In particolare il componente analizzato è un pannello copolimerizzato ad un corrente con sezione ad omega soggetto a compressione. Le dimensioni geometriche del provino lo rendono rappresentativo di un pannello di dimensioni superiori con più correnti. Analisi numeriche sono state condotte su provini costituiti da elementi shell con e senza delaminazione imposta, prestando particolare attenzione alla definizione dei modelli in grado di prevedere l'inizio del danneggiamento e la sua propagazione. L'inizio della rottura è stato stimato attraverso l'utilizzo del criterio di Hashin che consente di evidenziare separatamente i fenomeni che riguardano le fibre o la matrice. La propagazione di una delaminazione in generiche condizioni di sollecitazione di modo misto è stata affrontata con l'impiego di elementi coesivi tridimensionali ad otto nodi posti nella zona di collegamento tra le flange del corrente ed il pannello. I parametri per un corretto funzionamento degli elementi coesivi sono stati determinati attraverso la simulazione numerica di un provino DCB in materiale AS4/PEEK soggetto a puro modo I di danneggiamento, confrontandone il comportamento ottenuto numericamente con quello sperimentale al fine di ottenere il miglior compromesso tra accuratezza e costo computazionale.