Metodi sperimentali e numerici per lo studio della delaminazione in provini angolari curvi in composito

The designing of a structural component in a composite material is an activity strictly linked up with both the study and the analysis of the diff erent damage mechanisms that characterize this category of materials. We pay a particular attention to the ways in wich interlaminar mechanisms can strongly reduce the exploitation of composite materials and particularly when they are employed to create thick laminates with structural functions. This work focuses on the study of experimental and numerical method of investigation about the delaminations concerning curved beams made of carbon and glass fi ber. This work consists of three phases: the first one is technological and concerns the production of curved beams by using glass and carbon fiber; than it follows the experimental stage in order to stess the specimens to cause the onset and the propagation of interlaminar fractures. In the end we made numerical models founded on a fi nite element method (FEM) using a technique based on non conventional cohesive elements. We have compared the numerical analysis with the experimental tests. Good results enabled us to use the numerical model in order to study new layout of specimens which cause others damage mechanisms.

La progettazione di un componente strutturale in materiale composito non può prescindere dallo studio e dall'analisi dei diversi meccanismi di danneggiamento che tipicamente possono manifestarsi in questa categoria di materiali. Tra questi, particolare attenzione è rivolta ai meccanismi di tipo interlaminare che possono limitare in modo determinante il campo di utilizzo dei materiali compositi in ambito strutturale, specialmente nel caso di un loro impiego per la realizzazione di elementi spessi con oneri di tipo primario. Il presente lavoro di tesi si focalizza proprio sullo studio di una metodologia di indagine a livello sperimentale e numerico dei possibili meccanismi di delaminazione che possono manifestarsi all'interno di laminati angolari curvi in materiale composito con fi bra unidirezionale di vetro e carbonio. L'attività si è articolata in una prima fase di natura tecnologica che ha riguardato la produzione dei provini angolari con i due diversi materiali presi in esame; quindi in una fase sperimentale relativa alla progettazione ed alla realizzazione delle prove analizzate a sollecitare i diversi provini per promuovere la nucleazione e successiva propagazione di fratture interlaminari. Ifin ne si sono eseguiti i modelli numerici ad elementi fi niti, delle diverse prove, adottando una tecnica basata sull'impiego di elementi a zona coesiva di tipo non convenzionale risolta con un approccio di tipo esplicito. Le previsioni numeriche sia a livello qualitativo, in termini di mappa del danneggiamento interlaminare, sia a livello quantitativo, in termini di risposte globali e locali dei diversi provini considerati, sono state quindi correlate con le evidenze sperimentali. Gli incoraggianti risultati ottenuti hanno permesso di impiegare la modellazione numerica come strumento di previsione e progettazione di con figurazioni di provini angolari alternative in grado di promuovere l'azione competitiva di meccanismi di danneggiamento di natura differente.