Analisi della propagazione della frattura a fatica in giunti adesivi alluminio fibra di carbonio

The present work deals with the study of mechanical properties and fatigue damage mechanics of the adhesive joints hybrid Aluminium - CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer). The aim of this work is the experimental characterization of Single and Double Lap Shear Joints, both in static and dynamic conditions. This was accomplished by referring to analytical models and using specific numerical techniques to represent the propagation of defects along the interfaces of two different materials. Since in many structural applications bonded joints are subjected to cyclic loading, great importance has been given to the characterization of the joints under fatigue conditions. The experimental tests carried out, have shown different locations of cracking: from a linear propagation of the defect along the interface adherend / adhesive, to a mixed mode with crossing of the adhesive layer and changes of interface propagation. These differences were reflected in the shape of the Paris’ Curves, where anomalous fatigue crack growth plots have been associated to a mixed mode fracture. The calculation of the strain energy release rate in mode I was conducted according to the numerical technique of VCCT. The last part of the thesis deals with the design of the DCB tests.

Il presente lavoro di tesi si propone di studiare le proprietà meccaniche e le forme di danneggiamento a fatica dei giunti adesivi ibridi Alluminio – CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer). Scopo del lavoro è la caratterizzazione sperimentale dei giunti Single e Double Lap Shear, sia in condizioni statiche che dinamiche. Ciò è stato realizzato facendo riferimento ai modelli analitici presenti in letteratura e utilizzando le tecniche di modellazione numerica specifiche della propagazione di difetti lungo le interfacce di due materiali differenti. Poiché nella maggior parte delle applicazioni strutturali i giunti sono sottoposti a carichi ciclici, grande importanza è stata data alla caratterizzazione del giunto a fatica. Le prove sperimentali condotte hanno mostrato diverse modalità di frattura: da una propagazione lineare del difetto lungo l’interfaccia aderendo/adesivo, ad una mista con repentini attraversamenti dello strato di adesivo e cambi di interfaccia di propagazione. Queste differenze si sono rispecchiate nella forma delle curve di Paris, dove curve di propagazione anomale sono state associate alla modalità di rottura in modo misto. Il calcolo del tasso di rilascio di energia in modo I è stato condotto secondo la tecnica numerica della VCCT. L’ultima parte della tesi è dedicato alla progettazione delle prove DCB.