Peeling test of advanced rubber materials - finite elements modeling

Fiber-reinforced elastomeric isolators (FREIs), including unbonded solutions (UFREIs), are increasingly studied as cost-effective seismic isolation devices, whose performance depends strongly on the integrity of the rubber–fiber bond. Despite this relevance, dedicated numerical strategies for peel testing of rubber–textile/fiberglass assemblies remain limited, particularly when using standard commercial finite element environments. This thesis develops a finite element model of a peel test for a rubber–fiberglass system implemented in the commercial code Straus 7, with the primary objective of reproducing the global experimental force–displacement response available in the literature, in absence of a local interface-field measurements. A key contribution is the discrete modeling of the bonded interface through parallel cut-off bars connected between the same nodal pairs, enabling progressive loss of load transfer and controlled debonding using conventional element libraries. Model calibration is carried out through a sensitivity analysis of the cut-off bar parameters, identifying their influence on the macroscopic peel response and guiding the selection of a parameter set that best matches the experimental curve. The proposed framework provides a practical and interpretable tool for simulating peel behavior in rubber–fiber assemblies relevant to seismic isolator technology and establishes a basis for future improvements when additional interface-level data become available.

Gli isolatori elastomerici fibrorinforzati (FREI), incluse le soluzioni non incollate (UFREI), sono sempre più studiati come dispositivi di isolamento sismico a basso costo, la cui prestazione dipende in modo significativo dall’integrità del legame gomma–fibra. Nonostante tale rilevanza applicativa, le strategie numeriche dedicate alla simulazione della prova di pelatura (peel test) su assemblaggi gomma–tessile/fibra di vetro risultano ancora limitate, soprattutto nell’ambito di codici commerciali standard agli elementi finiti. In questa tesi viene sviluppato un modello agli elementi finiti di peel test per un sistema gomma–fibra di vetro implementato nel software commerciale Straus 7, con l’obiettivo principale di riprodurre la risposta sperimentale globale forza–spostamento disponibile in letteratura, senza fare affidamento su misure locali dei campi all’interfaccia. Un contributo distintivo del lavoro è la rappresentazione discreta dell’interfaccia incollata mediante cut-off bars disposte in parallelo tra le stesse coppie nodali, che consente una perdita progressiva della capacità di trasferimento del carico e un’evoluzione controllata del distacco impiegando librerie di elementi convenzionali. La calibrazione del modello è condotta tramite una analisi di sensitività dei parametri delle cut-off bars, individuandone l’influenza sulla risposta macroscopica di pelatura e guidando la scelta del set di parametri che meglio approssima la curva sperimentale. Il framework proposto fornisce uno strumento pratico e interpretabile per la simulazione del comportamento in pelatura di assemblaggi gomma–fibra rilevanti per la tecnologia degli isolatori sismici e costituisce una base per futuri affinamenti qualora siano disponibili dati aggiuntivi a livello di interfaccia.