Virtual manufacturing di materiali compositi con inclusioni interlaminari = Virtual manufacturing of composite materials with interlaminar inclusions

A partire dalla prima metà del XX secolo, il settore aerospaziale ha visto un impiego crescente dei materiali compositi, caratterizzati da eccellenti proprietà meccaniche e da un ridotto peso rispetto ai tradizionali materiali metallici. Tuttavia, i processi di manifattura che li caratterizzano risultano complessi e sensibili, in quanto difettosità e deformazioni indotte dal processo (PIDs – Process Induced Deformations) possono emergere a seguito di variazioni di temperatura e pressione, coinvolgendo fenomeni termici, chimici e meccanici accoppiati. I costi elevati dei tool impiegati rendono fondamentale lo sviluppo di approcci di virtual manufacturing, in grado di prevedere il comportamento dei materiali eterogenei sia durante la fabbricazione sia nelle fasi successive. Negli ultimi anni è stata proposta l’introduzione di inclusioni interlaminari con l’obiettivo di incrementare la tenacità strutturale e ridurre la propagazione delle delaminazioni provocate da impatti a bassa velocità, favorendo la dispersione dei cedimenti miscrostrutturali in un sottile strato aggiuntivo. L’obiettivo della presente tesi è analizzare due configurazioni strutturali, una piastra e una geometria a “L”, confrontando le differenze di risposta al ciclo di cura e alla rimozione del tool tra strutture prive e dotate di strati interlaminari di sola matrice. Le simulazioni numeriche sono state condotte mediante il MUL² Code sviluppato dall’omonimo gruppo di ricerca del Politecnico di Torino. Il suddetto codice è basato sulla Carrera Unified Formulation (CUF), un approccio teorico e computazionale strettamente integrato con il Finite Element Method (FEM). I risultati mostrano che gli spostamenti totali lungo la direzione z, le deformazioni e le tensioni normali e di taglio confermano la capacità degli interstrati di contenere la risposta deformativa delle strutture, coerentemente con l’innovazione proposta. In conclusione, il lavoro evidenzia il potenziale del nuovo metodo di rinforzo dei compositi, capace di migliorare la risposta strutturale a fronte di un incremento minimo di spessore. Il metodo proposto, inoltre, si interfaccia in modo efficace con il MUL² Code, il quale ne supporta l’implementazione e la validazione. Si tratta tuttavia di un’analisi preliminare, che apre la strada a studi futuri sull’impiego di particelle termoplastiche insite nella stessa matrice e sulla conseguente ulteriore ottimizzazione delle proprietà strutturali coinvolte.