Studio del danneggiamento a fatica di un materiale composito in stato di sforzo multiassiale

The object of this study is a pultruded profile made of vinyl-ester resin and E-glass fibres under multiaxial stress state. The aim of the thesis is to study the fatigue damage and to adapt an existing life prediction law to this particular composite material. Initially, the state of the art of this class of materials is shown, in general at first and then focusing on the fatigue response. Subsequently, static and fatigue characterization of the pultruded material is performed, leading to a law to predict the life of the material. The damage of the composite at breakage is then investigated by using innovative techniques, such as thermography and computed tomography. A small collection of data related to the fatigue behavior of composite materials is given in order to compare the experimental results obtained from testing with the literature. In addition, an existing database is used, showing a good agreement among data taken from different sources. Finally, in order to obtain a fatigue life prediction for the studied component, the theoretical law previously defined is applied to a FEM model of the pultruded profile under working conditions.

Il componente oggetto d’esame è un profilato ottenuto per pultrusione, composto da matrice in vinilestere e fibra di vetro sottoposto a condizioni di sforzo multiassiale. Il presente lavoro di tesi ha come obiettivo lo studio del danneggiamento del materiale composito a fatica e l’adattamento di una legge di previsione della vita a fatica al materiale. Nella prima parte del lavoro viene presentato lo stato dell’arte per questa particolare categoria di materiali, dapprima in generale e successivamente riguardo alla risposta a fatica. Si procede con la caratterizzazione del comportamento del materiale in condizioni di carico statico ed a fatica, giungendo ad una legge di previsione di vita per il materiale. Il danneggiamento a rottura del materiale viene in seguito indagato tramite tecniche innovative, quali la termografia e la tomografia computerizzata. Per poter confrontare i risultati ottenuti con quanto presente in letteratura si è compilata una piccola raccolta sul comportamento a fatica dei materiali compositi ed in seguito si è utilizzato un database già esistente, osservando buona concordanza tra i dati provenienti dalle diverse fonti. Si è infine applicato quanto elaborato teoricamente ad un modello FEM del componente in condizioni di esercizio, ottenendo una previsione della vita a fatica del componente stesso.