Modellazione agli elementi finiti del test di impatto di un provino composito ed ottimizzazione dei parametri dell’impattatore

I materiali compositi, grazie alle loro buone proprietà meccaniche abbinate alla loro leggerezza, hanno avuto una notevole diffusione in molti settori industriali. Tra le proprietà più apprezzate di un materiale composito è possibile elencare: l’elevata resistenza alla trazione, l’elevata rigidità, la bassa densità, l’elevata resistenza alla fatica e l’elevata resistenza all’impatto. Tra gli svantaggi vale la pena considerare il cedimento improvviso e il comportamento fragile di molti compositi, la degradazione delle matrici polimeriche, il costo elevato e la complessità dei processi produttivi. La quantità di energia assorbita dai compositi è tipicamente bassa quando cedono in condizioni di trazione per via del comportamento fragile, ma le cose sono diverse durante il fenomeno noto come crash. Il crash avviene in condizioni di compressione, quando il composito, frantumandosi, da origine ad un gran numero di detriti, la cui formazione può assorbire un’elevata quantità di energia. Ciò rende i compositi una buona scelta per la progettazione di crash box e altri elementi destinati ad assorbire l’energia cinetica del veicolo in caso di urto per ridurre i possibili danni sui passeggeri, consentendo anche una riduzione dei pesi quando sostituiscono componenti metallici analoghi. L’elevata capacità di assorbimento di energia di molti materiali compositi è una caratteristica che non è ancora stata largamente applicata nell’industria poiché la ricerca sperimentale sul così detto crashworthiness di materiali compositi, ovvero sulla loro capacità di proteggere gli occupanti di un veicolo in caso di urto, è ancora in fase di sviluppo e attualmente non c’è uno standard di prova per la caratterizzazione dell’energia specifica di assorbimento (SEA). Fra le varie prove ipotizzate vi è quella proposta dal Politecnico di Torino in collaborazione con Instron, che prevede la caduta di un impattatore su un provino rettangolare piano causandone la rottura. Una delle problematiche di questa tipologia di prove è evitare che il provino presenti l’instabilità al carico di punta, per ovviare a questo problema Instron e Politecnico di Torino hanno sviluppato un supporto anti-buckling con l’obiettivo di evitare l’insorgere di questa condizione. In alcune prove sperimentali effettuate con la procedura presentata si è evidenziata una concentrazione degli sforzi sulla parte superiore del provino che ha portato ad una rottura prematura che inficia il calcolo della SEA, questa tesi ha come obiettivo indagare la risposta di un provino rettangolare, in materiale composito, sottoposto alla prova di crashworthiness proposta da Instron così da ottimizzare i parametri dell’impattatore in modo che si abbia una corretta rottura del provino. Il lavoro si divide in tre principali argomenti: • Realizzazione di un modello numerico che simuli una prova di crashworthiness del provino in materiale composito; • Validazione sperimentale del modello numerico tramite prova speri mentale di crash con ausilio della Digital Image Correlation (DIC); • Ottimizzazione dei parametri geometrici dell’impattatore.