Modellazione della resistenza post-impatto di laminati in composito

This work is intended to numerically investigate the residual strength of unidirectional carbon laminates subjected to low velocity impact. The interest in post-impact behaviour of composite materials is justified by the driving role it has in damage tolerance design. The aim of this work is to create a numerical tool which can support experimental testing in order to improve the definition of the allowable stress. In order to accomplish this result the compression after impact test is modelled, as it is described in standards, through the explicit code HKS/Abaqus Explicit using a modelling technique and damage laws developed at Politecnico di Milano. In particular it is possible to evaluate the effects of interlaminar and intralaminar damage on the overall laminate response. Furthermore a modelling technique capable of modelling realistic delamination shapes is developed, and this idealised model of delaminations is introduced in the numerical model. Numerical results are then compared to experimental ones. Finally it is investigated the sensitivity to parameters like mesh size, transverse modulus and interlaminar strength.

Il presente lavoro nasce dalla volontà di caratterizzare numericamente la resistenza residua di laminati in fibra di carbonio unidirezionale danneggiati in seguito ad impatti a bassa velocità. L’interesse rivolto al comportamento post-impatto del composito è giustificato dal fatto che tale aspetto guida spesso scelte progettuali in un contesto di damage tolerance. L’obiettivo del lavoro è quello di ottenere uno strumento numerico in grado di affiancare le prove sperimentali di resistenza residua per arrivare ad una migliore determinazione degli ammissibili. Il raggiungimento di questo obiettivo passa attraverso la capacità di modellare correttamente la prova di compressione post-impatto dettata dalla normativa. Il modello numerico è stato sviluppato avvalendosi del codice esplicito HKS/Abaqus Explicit, con una tecnica di modellazione e leggi di danno sviluppate all’interno del Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale del Politecnico di Milano. In particolare attraverso tali leggi di danno si è in grado di valutare l’effetto di una degradazione interlaminare ed intralaminare sulla risposta globale di un laminato soggetto a compressione. Inoltre è stata sviluppata una tecnica di modellazione delle aree delaminate che permette di introdurre nel modello numerico configurazioni verosimili di danno. I risultati sono stati confrontati con dati sperimentali. Infine è stata investigata la sensitività del modello a parametri quali la dimensione della mesh, il modulo di elasticità trasversale e la resistenza dell’interlamina.