Prove di validazione di modelli coesivi con delaminazione in modo misto

The present work deals with delamination, a very important topic from an engineering point of view. Delamination mainly affects the behaviour of composite materials and laminates in particular. In this work, attention is paid to the case of delamination in the presence of large openings, for which additional resistance mechanisms, called "fiber bridging", are frequently activated. We started from formulations already present in literature, making use in particular of a model for cohesive interfaces developed as a VUEL subroutine of the commercial software ABAQUS® Explicit. The used subroutine VUEL, previously developed by a research group of the Department of Civil and Environmental Engineering of the Politecnico di Milano, allows for the user definition of cohesive interface elements, with additional features and specifications. This subroutine has been initially developed in two-dimensional form and has been subsequently extended to three-dimensional cohesive elements for dynamic analyses with explicit integration over time. The two-dimensional finite element models, previously created and processed with explicit dynamic analyses, have been used as a starting point for the analyses in the new three-dimensional version of the VUEL subroutine and subsequently validated. The three-dimensional finite element models used are: a first basic model consisting of two cubic solid finite elements, with a single cohesive interface element interposed between them; a second more complex model, called DCB (Double Cantilever Beam), which was created starting from what has already been done to test the two-dimensional version of the cohesive model; finally an ENF (End-Notched Flexure) model, created starting from experimental data available in the literature. Data from the literature were used for the DCB and ENF models, concerning tests of specimens made of maritime pine wood (Pinus Pinaster). For the validation of the three-dimensional ABAQUS® VUEL subroutine for explicit dynamic analyses, we proceeded comparing the numerical results with the experimental results and with the results of the previous two-dimensional analyses.

Nel presente elaborato è stato sviluppato un tema molto importante dal punto di vista ingegneristico, ovvero la delaminazione. La delaminazione in campo ingegneristico riguarda principalmente i materiali compositi e in particolare i laminati. In questo lavoro l’attenzione è stata rivolta al caso di delaminazione con grandi aperture, per la quale frequentemente si attivano meccanismi resistenti addizionali, detti di “fiber bridging”. Si è partiti da formulazioni già presenti in letteratura e si è fatto specifico utilizzo della legge per materiale coesivo d’interfaccia, sviluppata come subroutine VUEL del software commerciale ABAQUS®. La subroutine VUEL è stata sviluppata presso un gruppo di ricerca del Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale del Politecnico di Milano; essa consente la definizione di elementi finiti d’interfaccia coesiva esternamente al programma e con caratteristiche aggiuntive e specifiche definite dall’utente. Tale subroutine è stata inizialmente sviluppata in forma bidimensionale e successivamente è stata estesa ad elementi coesivi tridimensionali per analisi in dinamica esplicita con integrazione nel tempo. Si sono dunque sfruttati i modelli agli elementi finiti precedentemente creati ed eleborati con analisi dinamica esplicita in forma bidimensionale, per poterli analizzare con la nuova versione della subroutine tridimensionale e conseguemente validare la stessa. I modelli agli elementi finiti tridimensionali utilizzati sono: un primo modello elementare formato da due cubi, con un solo elemento finito per ciascuno e con un unico elemento d’interfaccia coesiva interposto tra di essi; un secondo modello più complesso, chiamato DCB (Double Cantilever Beam) che è stato creato a partire da quanto già fatto per testare la versione bidimensionale della legge; infine un modello ENF (End-Notched Flexure), realizzato a partire da quanto presente in letteratura. Per i modelli DCB ed ENF si sono utilizzati dati presenti in letteratura, riguardanti provini realizzati in legno di pino marittimo (Pinus Pinaster). In particolare, si è proceduto nella validazione della subroutine VUEL di ABAQUS® tridimensionale per analisi dinamiche esplicite, comparando i risultati con gli esiti delle precedenti analisi bidimensionali e con quelli delle prove sperimentali.