Sviluppo di modelli strutturali 1D e 2D per il danneggiamento progressivo di strutture in composito = 1D and 2D higher-order models for the progressive damage analysis of composite structures

Il problema del danneggiamento progressivo dei materiali compositi è di estremo interesse per l’industria aerospaziale: i campi di indagine sono molteplici, dai fenomeni di impatto immediatamente visibili sulle strutture al progressivo affaticamento dei materiali nel corso della vita operativa, a seconda della tipologia di carichi ad essi applicati. L’implementazione di modelli numerici efficienti per lo sviluppo di queste problematiche è essenziale per migliorare la previsione del comportamento dei componenti e degli eventuali rischi che possono presentarsi, ma richiede elevati sforzi computazionali e l’interfaccia con problematiche molto complesse. Con il presente lavoro di tesi si vogliono studiare le principali teorie, i modelli strutturali, i criteri di failure e i meccanismi di danneggiamento a disposizione per i materiali compositi ingegneristici rinforzati con fibre lunghe, con una particolare attenzione verso la Formulazione Unificata di Carrera (CUF), dove l’aggiunta di funzioni di espansione di ordine e tipologia variabili permette di migliorare la cinematica del problema. Questo consente lo sviluppo di modelli 1D e 2D che garantiscono una precisione confrontabile con quella delle discretizzazioni 3D offerte dai codici di calcolo commerciali, ma uno sforzo computazionale significativamente ridotto in termini di tempi e gradi di libertà (DOFs). All’interno della tesi sono stati trattati diversi casi di analisi, sia implicite che esplicite, sia statiche che dinamiche: partendo da test di trazione, compressione e flessione di travi e piastre, si è successivamente passati a casi di impatto via via più complessi. Per la schematizzazione del contatto tra corpi, responsabile della non linearità dei problemi di impatto, si è considerato un approccio penalty di tipo node-to-surface, basato sui moltiplicatori di Lagrange. Infine, per l’implementazione del danneggiamento progressivo, basato sull’approccio del Continuum damage mechanics, si è utilizzato il modello del CODAM2 a confronto con la nuova routine UMAT, basata sul criterio di failure di Hashin 3D. La routine è stata validata attraverso delle prove numeriche, a dimostrazione della sua utilizzabilità ed efficienza.