On monitoring crack tip position in adhesive bonded joints subjected to mixed mode loading.

In the aerospace and automotive sectors, the use of structural adhesives has become widespread, especially for the assembly of lightweight materials such as composites. Bonded joints offer significant advantages, including greater fatigue resistance and the reduction of stresses typical of traditional mechanical joints. However, the presence of potential damage, both at the interface between the bonded materials and within the adhesive layer, can compromise the integrity of the component. Therefore, it is crucial to characterize the propagation of potential fractures and to analyse monitoring techniques to monitor the condition of the bonded joint. The aim of this thesis was to conduct tests that represent mixed-mode loading conditions on specimens of different geometries. The work involved the sizing of a Cracked Lap Shear (CLS) steel specimen, the design of fatigue tests, and the analysis of the test results obtained from monitoring techniques. The numerical design phase was conducted using the Virtual Crack Closure Technique, which provided essential information for defining the experimental tests. During the tests, specimens were monitored using Visual Testing (VT), Digital Image Correlation (DIC), and Optical Backscatter Reflectometry (OBR). Another objective was to identify the crack tip position at regular intervals during the test. The results show that all the techniques used provide a more conservative estimate of the crack position compared to visual inspection, which is subject to numerous critical issues. Additionally, all techniques provide robust and repeatable results regardless of the geometries considered.

Nel settore aerospaziale e automotive, l'uso di adesivi strutturali è diventato fondamentale, specialmente per l'assemblaggio di materiali leggeri come i compositi. I giunti incollati offrono vantaggi significativi, tra cui una maggiore resistenza alla fatica e la riduzione delle sollecitazioni tipiche delle giunzioni meccaniche tradizionali. Tuttavia, la presenza di possibili danni, sia all'interfaccia tra i materiali incollati che nello strato adesivo, può compromettere l'integrità del componente. Pertanto, è essenziale analizzare tecniche di monitoraggio per poter caratterizzare la propagazione di un’eventuale frattura e monitorare lo stato del giunto incollato. Il lavoro svolto in questa tesi consiste nel dimensionamento di un provino di tipo Cracked Lap Shear, o CLS, in acciaio; nella progettazione di test a fatica, e nell’analisi dei risultati dei test ottenuti dalle tecniche di monitoraggio. Lo scopo è stato quello di realizzare prove che rappresentassero condizioni di carico miste su provini di diversa geometria. La fase di progettazione numerica è stata condotta grazie all'uso della Virtual Crack Closure Technique che ha permesso di ottenere informazioni essenziali alla definizione dei test sperimentali. Durante i test provini sono stati monitorati con controllo visivo (VT), Digital Image Correlation (DIC) e Optical Backscatter Reflectometry (OBR). L’obiettivo è stato quello di individuare la posizione dell’apice della cricca ad intervalli regolari durante la prova. Dai risultati ottenuti si nota come tutte le tecniche utilizzate forniscano una stima più conservativa della posizione della cricca rispetto al controllo visivo, che risente di numerose criticità. Inoltre, tutte le tecniche forniscono risultati robusti e ripetibili indipendentemente dalle geometrie considerate.