Modellazione multi-scala di un componente in materiale composito CF-SMC: creazione carta materiale, modellazione FEM e Digital Twin. = Multi-scale modelling of a carbon fiber composite material CF-SMC: creation of virtual material card, FEM Analysis and Digital Twin.

Oggigiorno i materiali compositi sono diffusi in molteplici ambiti, con prevalenza nei settori Aerospace e Automotive. Questi materiali sono eccellenti da un punto di vista meccanico, ma il costo di produzione è ancora elevato. Un materiale che però negli ultimi anni sta aprendo la strada verso una maggiore diffusione dei compositi è l'SMC (Sheet Moulding Compound). Questo materiale si presenta sotto forma di fogli pre-impregnati facilmente maneggiabili e adatti per lo stampaggio a compressione in cui le fibre, disposte in maniera randomica, e la matrice, solitamente termoindurente, sono già uniti. Il processo di stampaggio a compressione è automatizzato e con tempi tali da poter garantire grandi volumi di produzione, tipici del settore automotive. Nella tesi è stato utilizzato l'SMC per la progettazione di un dimostratore tecnologico in composito che è stato successivamente testato al banco in modo da ottenere la sua risposta in termini di rigidezza e resistenza al collasso. Di pari passo alla fase sperimentale, è stata condotta un'analisi virtuale. A partire dalle caratterizzazioni dei materiali (sono stati utilizzati due SMC differenti) si è passati attraverso una simulazione di processo del componente che, oltre a mostrare l'intera evoluzione del processo di compressione, è stata in grado di prevedere il corretto orientamento delle fibre nel dimostratore. Grazie alle precedenti caratterizzazioni si è passati alla creazione della carta materiale virtuale utilizzando un approccio multi-scala in grado di riprodurre le proprietà meccaniche del dimostratore su scala macroscopica a partire dalle proprietà meccaniche dei singoli costituenti il materiale – modellate su scala microscopica. Le simulazioni delle prove statiche di rigidezza e collasso sono state condotte utilizzando un approccio numerico, utilizzando un software agli elementi finiti. Grazie ad una buona correlazione tra i risultati numerici e quelli sperimentali, si è giunti alla conclusione che l'approccio multi-scala è quello ideale per poter creare un modello virtuale rappresentativo dell'SMC.