Analisi e sviluppo di una procedura sperimentale per la misura della tenacità a frattura in modo I di giunti adesivi

The present work deals with the analytical, numerical and experimental study of DCB (Double Cantilever Beam) bonded joints in Aluminium with adhesive 3M 9323. The main aim is the characterization of the structural adhesive through the identification of the corrisponding critical value of SERR (Strain Energy Release Rate), i.e. the evaluation of the critical strain energy release rate at the crack tip during the propagation in mode I of opening. This has resulted in a preliminary identification of the analytic theory that best describes the physics of the problem, the construction of a numerical model FEM (Finite Element Method) of delamination obtained through VCCT (Virtual Crack Closure Technique) and, finally, the definition of a correct procedure for obtaining the DCB specimens, especially in reference to the phases of surface treatment and bonding. The whole study was performed for a static analysis of the problem that led to the refinement of the numerical model by the introduction of a control on the tolerance of the results, the testing of different surface treatments of the substrates and to the comparison of different gluing techniques. The improvements to the FEM model have led to output exactly the expected values of critical energy, while the refinement of analytical theories has resulted in the perfect match with the numerical results. The production of specimens according to different techniques allowed to compare the results of tests in order to identify the best procedure for the realization of adhesive joints in the light of their mechanical characteristics in exercise. The performance of tests also took into account the possible different settings of the grips. The last part of discussion presents the experimental results and the comparisons aforementioned. The annexes present details about the numerical model implemented, the results of the roughness measurements carried out to compare the different surface treatments and bonding procedure.

Il presente lavoro affronta lo studio analitico, numerico e sperimentale di giunti DCB (Double Cantilever Beam) in alluminio incollati tramite l'adesivo 3M 9323. L'obiettivo principale è la caratterizzazione dell'adesivo strutturale attraverso l'identificazione del relativo valore critico di SERR (Strain Energy Release Rate), cioè la valutazione del tasso di energia critica di deformazione rilasciata all'apice della cricca durante il processo propagativo in modo I di apertura. Ciò ha comportato in maniera preliminare l'individuazione della teoria analitica che meglio descrive la fisica del problema, la realizzazione di un modello numerico FEM (Finite Element Method) di delaminazione ottenuto tramite VCCT (Virtual Crack Closure Technique) ed, infine, la definizione di una corretta procedura di ottenimento dei provini DCB soprattutto in riferimento alle fasi di trattamento superficiale ed incollaggio. L'intero studio è stato svolto per un'analisi statica del problema che ha portato all'affinamento del modello numerico tramite l'introduzione di un controllo sulla tolleranza dei risultati, alla sperimentazione di diversi trattamenti superficiali dei substrati da collegare ed al confronto di diverse tecniche di incollaggio. I miglioramenti apportati al modello FEM hanno permesso di ottenere in output esattamente i valori attesi di energia critica, mentre l'affinamento delle teorie analitiche ha portato alla perfetta corrispondenza coi risultati numerici. La produzione di provini secondo diverse tecniche di ottenimento ha permesso di confrontare i risultati dei test al fine di identificare la migliore procedura di realizzazione di giunti adesivi in funzione delle relative caratteristiche meccaniche in esercizio. L'esecuzione delle prove ha tenuto conto anche di possibili diverse configurazioni degli afferraggi. L'ultima parte della trattazione riporta i risultati sperimentali ed i confronti suddetti. Gli allegati presentano, invece, le indicazioni del modello numerico realizzato, i risultati delle misure di rugosità effettuate per confrontare i diversi trattamenti superficiali e la procedura di incollaggio realizzata.