Analisi sperimentale di strutture multi-materiale per il settore aeronautico = Experimental analysis of multimaterial structures for the aerospace sector

Negli ultimi anni, il settore aeronautico ha affrontato una duplice sfida: ridurre l’impatto ambientale e potenziare l’innovazione tecnologica. Si è posto dunque l’attenzione sull’ottimizzazione dei processi di giunzione; infatti, i metodi tradizionali basati su rivetti o elementi di fissaggio, presentano criticità significative: incremento del peso strutturale, tempi di produzione prolungati e rischi di danneggiamento delle fibre nei materiali compositi, con conseguente riduzione delle prestazioni meccaniche. In questo contesto si inserisce MIMOSA (Metal-CFRP Innovative Modular Structures for Aircraft Applications), progetto europeo che mira a rivoluzionare le giunzioni metallo-composito. L’obiettivo è sostituire la rivettatura delle piastre dell’impennaggio di coda con un sistema ibrido alluminio-CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) integrato, dove piastre in lega AlSi10Mg, prodotte mediante Laser Powder Bed Fusion (LPBF), presentano microstrutture a pin o ancorette progettate per penetrare meccanicamente il composito, garantendo resistenza meccanica e riduzione del peso fino al 30% rispetto alle tecniche convenzionali. Questa tesi contribuisce al progetto MIMOSA analizzando il comportamento a trazione statica di giunti prototipali con quattro geometrie di pin differenti. Le prove sperimentali a trazione sono state affiancate dalla sperimentazione sull’utilizzo di un software per la Digital Image Correlation (DIC), processo che sfrutta l’acquisizione di immagini di un provino con un pattern specifico, chiamato speckle, applicato nell’area di interesse per poter ricavare informazioni precise sullo stato di tensione e deformazione della superficie, evidenziando zone di accumulo o distribuzione di stress durante tutto il tempo della prova. La sua facile implementazione permette di aggiungere informazioni alle analisi tradizionali senza l’utilizzo di altre strumentazioni riducendo quindi i costi. L’impiego congiunto di DIC e risultati delle prove a trazione permette di mappare in tempo reale i campi di deformazione e validare modelli tensione-deformazione, correlando il carico di rottura con la morfologia delle microstrutture per poter ottenere il massimo da una semplice prova a trazione. Tutte queste informazioni risultano di cruciale importanza per la caratterizzazione della vita del pezzo finale, definirne il modulo elastico e il carico massimo sopportabili sono passaggi necessari per poter collocare questi nuovi giunti nel giusto range di vita operativa definendo il tratto elastico e la sollecitazione oltre i quali si hanno fratture non recuperabili. Si giunge dunque all’individuazione di comportamenti e caratteristiche comuni nelle modalità di frattura dei provini, delineando tutte le diverse caratteristiche attribuite alle quattro geometrie.