Caratterizzazione numerica e sperimentale di strutture rinforzate con fibre curvilinee = Numerical and experimental characterization of reinforced structures with curvilinear fibers

In campo aeronautico e aerospaziale, la leggerezza è un requisito fondamentale che ha permesso, e permette tuttora, di spingere la ricerca verso lo sviluppo di nuovi materiali le cui caratteristiche principali si concentrano principalmente sul risparmio di peso combinato con ottime prestazioni in termini di rigidità e resistenza. L’uso di queste tecnologie ha portato alla nascita di una nuova classe di materiali compositi che hanno permesso il miglioramento delle prestazioni meccaniche e l’allevaimento del peso strutturale: i Variable angle tow (VAT). Essi sono strutture costituite da strati con vari orientamenti delle fibre. All’interno di ogni strato le fibre sono disposte lungo direzioni curvilinee per ottenere una variazione continua delle proprietà dei materiali quali, ad esempio, rigidità, resistenza, etc. Questo, consente al progettista di sfruttare le proprietà direzionali dei compositi nel modo più efficace concependo soluzioni non convenzionali caratterizzate da un notevole risparmio di peso o da proprietà meccaniche migliorate rispetto alle soluzioni classiche. L’elaborato si divide nel seguente modo: Il primo capitolo vede una discussione sui VAT ripercorrendo le tappe storiche di alcuni ricercatori sullo studio di questi materiali innovativi, si analizzano i vantaggi e gli svantaggi che offrono, la classificazione dei difetti e le loro conseguenze sulla struttura, le tecniche di posizionamento della fibra e le tecniche di produzione atte alla creazione di questi materiali. Segue una disserzione sull’orientamento delle fibre, un’analisi di stress di gusci curvi e un’analisi sui fenomeni di prebuckling, buckling e instabilità dinamica. Ogni analisi è accompagnata da esempi tratti dalle ricerche trovate in letteratura. Il secondo capitolo verte sull’Additive Manufacturing, in quanto essenziale per la produzione di materiali compositi. Verrà analizzato, quindi, il processo produttivo nel suo insieme generale, per poi analizzare singolarmente le varie tipologie di AM. Seguirà lo studio dei materiali più utilizzati, i vantaggi e gli svantaggi che offrono e una comparazione con la tecnica CNC. In maniera concorde con quanto avvenuto nel primo capitolo, anche qui verranno analizzati i passi storici che hanno visto l’insorgenza della tecnica AM. Infine, si analizzeranno gli ambiti di applicazione. Nel terzo capitolo verranno trattate le problematiche relative alla stampante utilizzata e verrà analizzato il modello VAT considerato, verrà spiegato come è stata creata la Spline utilizzata per rappresentare la fibra curvilinea, i vari passaggi per la creazione del modello CAD usando il software “SolidWorks” e verranno analizzati i problemi principali che insorgono relativamente alla disposizione delle fibre, utilizzando come supporto l’output fornito dal sito “Eiger.io”. Il quarto capitolo vede l’analisi sulle strategie di deposizione ottimale delle fibre, in modo da minimizzare i difetti analizzati nel capitolo precedente. Il quinto capitolo analizzerà il processo di stampa, i test sperimentali eseguiti sul modello stampato e i problemi riscontrati. Seguirà poi l’assessment sperimentale in cui verrà esposta l’analisi di fattibilità e l’analisi delle deformazioni residue. L’ultimo capitolo vedrà la trattazione relativa agli ambiti di applicazione del modello quali la statica, la dinamica e il buckling, nonchè le conclusioni finali. ??