Analisi sperimentale e numerica di laminati ibridi in titanio-carbonio

Hybrid laminates are particular composite panels in which some composite plies are substituted with metal ones. In literature we can find Fiber metal laminates (FML) or Hybrid CFRP laminates (HCL): we talk about the first situation in the case of a total substitution of a composite ply with a metal one; we refer about the second, instead, when we talk about a partial substitution of the ply, only in a place where the panel needs to be reinforced. The most used metal for ply substitution is Titanium, because of his low density, very low thermal expansion coefficient and high bearing strength. This materials are usually used in the aeronautical and aerospace industry due to their lightweight, high strength and good stiffness: this means that they’re useful for structural components. Their use implies the necessity of a method in order to simulate their behavior, in particular with FEM analysis. State-of-the-art FEM models can simulate their failure modes and are based on the use of cohesive elements and Hashin criterion. Cohesive elements are used to simulate delaminations between the different plies, while the Hashin criterion can show the failures of the single composite plies. In this work there will be a comparison between this models and the results of a sperimental campaign, using FEM solver ABAQUS, which provides all the elements we need. We’ll investigate two different cases: the first one is about the study of a transient zone of a HCL subjected to a traction force, the second one is about the study of a FML short beam subjected to a 3-points bending test. Finally we’ll investigate the behavio

I laminati ibridi sono dei particolari pannelli in composito in cui alcune lamine vengono sostituite con lamiere di metallo. Si distinguono in Fiber-metal laminate (FML) o in Hybrid CFRP laminate (HCL), qualora le lamine metalliche sostituiscano il composito per tutto il pannello o solo in alcune zone. Il materiale metallico utilizzato prevalentemente per la sostituzione è il titanio, a causa della sua bassa densità, bassi coefficienti di dilatazione termica e buona resistenza. Vengono utilizzati prevalentemente in ambito aeronautico e aerospaziale, a causa della loro leggerezza, marcata resistenza e elevata rigidezza che ne fanno dei materiali adatti alla realizzazione di componenti strutturali: da qui la necessità di ricavare un metodo progettuale in grado di simularne la resistenza con delle analisi agli elementi finiti. La ricerca ha portato alla realizzazione di modelli in grado di simularne il comportamento a trazione e a flessione tramite l’utilizzo di elementi coesivi. Tali elementi vengono utilizzati per simulare le superfici tra le varie lamine e possibili danneggiamenti, evitando così il contatto rigido tra sezioni con materiali dal comportamento diverso. Per simulare gli ulteriori metodi di cedimento relativi alle singole lamine viene utilizzato il modello proposto da Hashin, implementato in molti solutori FEM, tra cui Abaqus. Viene quindi proposto un confronto tra lo stato dell’arte dell’analisi numerica e delle prove sperimentali in due ambiti differenti: lo studio del comportamento a trazione di un HCL e il comportamento a flessione di un FML. Terminata questa fase viene anche discusso tramite osservazioni sperimentali il comportamento dei provini realizzati in HCL sottoposti a cicli di fatica monoassiale e un possibile modello di danneggiamento.