Strain energy method to model composite structures damping

The subject of this work is the evaluation of the damping features of a composite structure. Different models exist in literature to estimate damping and the strain energymethod is chosen here and implemented. In this work, all the steps that bring from the characterization of the material to the evaluation of damping for complex structures are presented. First of all, the method implementation using Abaqus© and some Matlab© routines is presented. Examples of damping calculation are shown through the work regarding flat and curvilinear panels, plates with embedded viscoelastic layers in order to improve the damping characteristics of the structure and thick panels. Comparisons with literature results are presented for each study case. The mean discrepancy for the SDCs is always lower than 5.1%, except in the case of thick plates which show higher values with regard to the expected ones. The loss factors of the available material are found experimentally using Dynamic Mechanical Analysis (DMA) tests. Next, experimental modal analysis is employed to find the modal parameters of a thin unidirectional panel and a similar one with two damping layers added. The obtained results for the pristine panel are lower with regard to the experimental ones, while the mean discrepancy between the results for the damped panel is 9%. The model is also applied to a complex structure, namely a T-stiffened panel, and some experimental results are shown. The mean discrepancy between the results is 30%. This point is probably due to the presence of an artificially created delamination. Finally, a comparison between a pristine stiffened panel and one with a damping layer between the panel and the stiffener base is presented. The mass of the damped stiffened panel is 0.7% higher than the pristine panel one, while its stiffness is slightly lower. On the other hand, the mean increase of the damping ratios is 46.5%.

Lo scopo principale di questo lavoro è la valutazione delle caratteristiche di smorzamento di una struttura in materiale composito. In letteratura esistono diversi metodi per stimare lo smorzamento e viene scelto ed implementato il metodo dell’energia di deformazione. In questo lavoro vengono mostrate tutte le fasi che portano dalla caratterizzazione del materiale alla valutazione dello smorzamento per strutture complesse. In primo luogo è presentata l’implementazione del metodo la quale utilizza Abaqus© ed alcune routines Matlab©. Esempi di calcolo dello smorzamento sono mostrati all’interno del lavoro per quel che riguarda pannelli piani e curvi, piastre con all’interno strati di materiale viscoelastico al fine di incrementare le caratteristiche di smorzamento della struttura e pannelli spessi. Confronti con risultati presenti in letteratura sono presentati per ogni caso analizzato. La discrepanza media per quel che riguarda le SDCs è sempre inferiore al 5.1%, eccezion fatta per il caso delle piastre spesse le quali mostrano valori più elevati rispetto a quelli attesi. I loss factors del materiale a disposizione sono ottenuti sperimentalmente mediante prove di analisi meccanica dinamica (DMA). In seguito è impiegata l’analisi modale sperimentale al fine di trovare i parametri modali di un pannello sottile unidirezionale e di un pannello simile con all’interno due strati di materiale smorzante. I risultati ottenuti per il pannello puro sono minori rispetto a quelli sperimentali, mentre la discrepanza media fra i risultati ottenuti per il pannello smorzato è del 9%. Il modello è applicato, inoltre, ad una struttura complessa, nello specifico un pannello irrigidito tramite un corrente a T, e sono mostrati alcuni risultati sperimentali. La discrepanza media fra i risultati è del 30%. Questo aspetto è dovuto probabilmente alla presenza di una delaminazione creata artificialmente. Infine è presentato un confronto fra un pannello irrigidito puro ed uno simile che presenta uno strato smorzante fra corrente e pannello. La massa del pannello irrigidito smorzato è maggiore dello 0.7% rispetto a quella del pannello irrigito puro, mentre la sua rigidezza è leggermente minore. D’altro canto, l’incremento medio del valore dei damping ratios è del 46.5%.