The present work is part of a collaboration project between Leonardo Helicopters and Transport Safety Laboratory (La.S.T.) of Politecnico di Milano aimed to investigate composite impact damage, specifically on materials belonging to proprotor blades of the tiltrotor Agusta Westland 609; in particular bird strike events on GFRP and CFRP laminates, major concern in aeronautic industry. The ultimate goal would be to build a numerical model of the laminates and of the blade able to predict damage in such events, using LSDYNA. The main objective of this thesis work was the creation and implementation of a model that is capable of predicting delamination phenomena inside composite material, using an equivalent shell approach. Firstly, after a revision of previous lab experiences, new and corrected 2D shell laminates models were built and correlated with the results of static tests. An extensive bibliographic research was performed with the aim of finding a mathematical law able to predicting delamination and/or the information necessary to develop one. Then, models were converted into a relatively new, hybrid, element formulation to better describe the trough-the-thickness stress and strain states. Third, a delamination criterion was chosen and implemented in a code runnuble within LS-PrePost enviroment, checking its reliability on the drop tests of previous works.

Il presente lavoro è parte di un progetto in collaborazione tra Leonardo Elicotteri e il Laboratorio di Sicurezza dei Trasporti (La.S.T.) del Politecnico di Milano mirato a studiare il danno da impatto sui materiali compositi, specificatamente sui materiali componenti la pala del rotore appartenente al convertiplano Agusta Westland 609. In particolare eventi di impatto con volatile contro laminati di CFRP e GFRP, eventi di grande interesse per l’industria aeronautica. L’obiettivo finale è la creazione di un modello numerico della pala e dei materiali in grado di descrivere e quantificare il danneggiamento in questi eventi, usando il software LS-DYNA. Il principale obiettivo di questa tesi è la creazione e l’implementazione di un modello capace di predire la delaminazione, uno dei possibili modi di cedimento dei laminati, usando un approccio chiamato "Equivalent Shell". Come prima cosa sono stati rivisti alcuni dei precedenti lavori e di conseguenza sono stati creati nuovi modelli dei laminati con piastre 2D e correlati coi risultati dei testi quasi-statici. In seguito, è stata eseguita un’ampia ricerca bibliografica per trovare una legge che fosse in grado di predire il fenomeno della delaminazione e/o informazioni per svilupparne una. A seguire, i modelli dei laminati sono stati convertiti in una nuova formulazione ibrida degli elementi finiti, in grado di meglio descrivere gli stato di sforzo e deformazione attraverso lo spessore del materiale. Infine, è stato scelto il criterio per predire la delaminazione ed implementato in un codice eseguibile in LS-PrePost, controllandone l’accuratezza confrontando i risultati ottenuti con prove d’impatto sperimentali eseguire nei precedenti lavori.

Numerical implementation of thick shell models to predict delamination in composite laminate subjected to low-energy impacts

SCAMPINI, LUCA
2020/2021

Abstract

The present work is part of a collaboration project between Leonardo Helicopters and Transport Safety Laboratory (La.S.T.) of Politecnico di Milano aimed to investigate composite impact damage, specifically on materials belonging to proprotor blades of the tiltrotor Agusta Westland 609; in particular bird strike events on GFRP and CFRP laminates, major concern in aeronautic industry. The ultimate goal would be to build a numerical model of the laminates and of the blade able to predict damage in such events, using LSDYNA. The main objective of this thesis work was the creation and implementation of a model that is capable of predicting delamination phenomena inside composite material, using an equivalent shell approach. Firstly, after a revision of previous lab experiences, new and corrected 2D shell laminates models were built and correlated with the results of static tests. An extensive bibliographic research was performed with the aim of finding a mathematical law able to predicting delamination and/or the information necessary to develop one. Then, models were converted into a relatively new, hybrid, element formulation to better describe the trough-the-thickness stress and strain states. Third, a delamination criterion was chosen and implemented in a code runnuble within LS-PrePost enviroment, checking its reliability on the drop tests of previous works.
COLAMARTINO, IVAN
VIGNATI, GIULIA
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
21-dic-2021
2020/2021
Il presente lavoro è parte di un progetto in collaborazione tra Leonardo Elicotteri e il Laboratorio di Sicurezza dei Trasporti (La.S.T.) del Politecnico di Milano mirato a studiare il danno da impatto sui materiali compositi, specificatamente sui materiali componenti la pala del rotore appartenente al convertiplano Agusta Westland 609. In particolare eventi di impatto con volatile contro laminati di CFRP e GFRP, eventi di grande interesse per l’industria aeronautica. L’obiettivo finale è la creazione di un modello numerico della pala e dei materiali in grado di descrivere e quantificare il danneggiamento in questi eventi, usando il software LS-DYNA. Il principale obiettivo di questa tesi è la creazione e l’implementazione di un modello capace di predire la delaminazione, uno dei possibili modi di cedimento dei laminati, usando un approccio chiamato "Equivalent Shell". Come prima cosa sono stati rivisti alcuni dei precedenti lavori e di conseguenza sono stati creati nuovi modelli dei laminati con piastre 2D e correlati coi risultati dei testi quasi-statici. In seguito, è stata eseguita un’ampia ricerca bibliografica per trovare una legge che fosse in grado di predire il fenomeno della delaminazione e/o informazioni per svilupparne una. A seguire, i modelli dei laminati sono stati convertiti in una nuova formulazione ibrida degli elementi finiti, in grado di meglio descrivere gli stato di sforzo e deformazione attraverso lo spessore del materiale. Infine, è stato scelto il criterio per predire la delaminazione ed implementato in un codice eseguibile in LS-PrePost, controllandone l’accuratezza confrontando i risultati ottenuti con prove d’impatto sperimentali eseguire nei precedenti lavori.
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/10589/182949