Integrated numerical and experimental study on the response of composite bolted joints

This thesis presents a methodology for simulating composite bolted junctions under various loading conditions in aeronautical applications, emphasizing computational efficiency through a mesh-independent model using Abaqus connector elements. The study models a composite plate joined by a steel bolt, calibrated based on experimental testing to capture primary failure modes. Using a modified Arcan test rig at Politecnico di Milano’s DAER, experimental tests examined different joint configurations: force applied through a fastener to a single lamina, through a nut to a single lamina, and a complete bolted assembly of two composite plates. These results enabled calibration of the numerical model with the Abaqus meshless connector element, applying a zero-order approximation for optimal design parameters. The methodology provides a valuable, structured approach to modeling bolted composite joints under various load conditions and advancing understanding in composite impact analysis.

Questa tesi presenta una metodologia per la simulazione di giunzioni bullonate in composito in diverse condizioni di carico per applicazioni aeronautiche, ponendo l'accento sull'efficienza computazionale grazie a un modello indipendente dalla mesh che impiega elementi connettore in Abaqus. Lo studio si focalizza su giunzioni discontinue tra pannelli in composito con fibre in e resina epossidica, connessi tramite bulloni in acciaio. Il modello a elementi finiti della giunzione è stato calibrato sulla base di prove sperimentali per cogliere le principali modalità di rottura. Le prove sono state condotte utilizzando una piastra di Arcan modificata presso il DAER, e hanno esaminato diverse configurazioni di giunzione: carico applicato tramite un elemento di fissaggio su un singolo laminato, tramite un'olivetta su un singolo laminato, e un assemblaggio completo di due piastre composite imbullonate. Questi risultati hanno permesso di calibrare il modello numerico con l'elemento connettore meshless di Abaqus, utilizzando un'approssimazione di ordine zero per i parametri critici di progettazione. La metodologia proposta offre un approccio valido e strutturato per la modellazione di giunti in composito imbullonati in varie condizioni, contribuendo a migliorare la comprensione dell'analisi d'impatto nei compositi.