Analisi sperimentale della resistenza a fatica di un materiale composito soggetto a pressione di contatto

Tests have been carried out to evaluate the influence of contact stress, between metal pin and hole, on the bearing strength of a composite material subject to fatigue loads. Specimens were made of ten woven carbon/epoxy plies, all forming with an angle of 0 degrees into direction of applied load. All samples have a 22 mm diameter hole and diameter of the bolts have been varied to generate different contact conditions. Different parameters have been investigated to find possible relationship with the number of cycles to reach a certain level of imposed damage as a function of the applied load, with a constant cycle ratio of 0.1. Finite element models have been built to investigate the state of stress generated during the contact. The relationship between the number of cycles associated to a certain value of imposed damage, in absolute and relative terms both, and various parameters like maximum applied load, contact pressure, bearing pressure and compression stress at the critical distance, has been derived and evaluated through linear regression analysis. Results show the existence of a link between damage and bearing pressure, but also with the stress contact evaluated with the approach of critical distance, an attempt has been made to extrapolate the data to a laminate that contains a hole with a diameter greater than the diameter of the specimens.

Sono state condotte prove sperimentali con il fine di valutare l’influenza degli sforzi di contatto, tra perno metallico e foro, sulla resistenza a rifollamento di un materiale composito soggetto a carichi di fatica. Il provino è costituito da dieci pelli in tessuto di fibra di carbonio e matrice epossidica, tutte inclinate con un angolo di 0 gradi rispetto la direzione di applicazione del carico. In tutti i campioni è presente un foro del diametro di 22 mm, ed è stato variato il diametro dei bulloni per generare differenti condizioni al contatto. Si è andati alla ricerca di eventuali grandezze che fossero funzione del numero di cicli che occorre raggiungere, per ottenere un certo livello di danneggiamento imposto, al variare delle forza applicata, con un rapporto di ciclo costante pari a 0.1. Sono stati costruiti modelli a elementi finiti, per valutare lo stato di sforzo che si genera durante il contatto. Si è legato il numero di cicli associato ad un certo valore di danneggiamento imposto, sia in termini assoluti che relativi, alle grandezze considerate, quali carico massimo applicato, pressione di contatto, pressione di rifollamento e sforzi di compressione ricavati utilizzando il metodo della distanza critica, attraverso un’analisi di regressione lineare. Constatata l’esistenza di un legame tra il danneggiamento con la pressione di rifollamento, ma anche con gli sforzi di contatto ricavati mediante l’approccio della distanza critica, si è tentato di estrapolare i dati andando a simulare attraverso un altro modello a elementi finiti, una lastra contenente un foro con diametro molto maggiore rispetto quello dei provini reali.