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Modelli di impatto a bassa velocità di laminati in materiale composito

Informazioni tesi

  Autore: Pier Francesco Orru
  Tipo: Tesi di Laurea
  Anno: 1998-99
  Università: Università degli Studi di Cagliari
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria Meccanica
  Relatore: Pierluigi Priolo
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 161

In this study an improved spring-mass model is developed to calculate the contact force history during low velocity impacts on composite plates. It includes the influence of damping effects on the contact area and can take into account fibre fracture or other damage events with appropriate modifications of the relevant parameters.
The model describes the impactor and the target laminate by two rigid masses, while the contact interaction is represented by a Hertzian spring and a non linear viscous damper and the deformation behaviour of the laminate by a combination of bending and membrane springs.
To incorporate major damage events in the model, the bending and membrane stiffness of the composite plate may be reduced, after reaching a critical load, to account for the degradation of the material associated to the progression of broken fibres. In this case, the reduced stiffness values introduced in the model were obtained by post-failure FEM calculations as a function of contact force and extension of fibre fracture.
Comparisons between experimental and numerical results are shown to confirm the efficiency and accuracy of the model in correctly describing the dynamics of the impact event, even in the presence of dissipative effects such as damping, frictional losses or fracture phenomena.

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Modelli di Impatto a Bassa Velocità di Laminati in Materiale Composito 1 I materiali compositi sono dei materiali relativamente recenti, in quanto la loro concezione risulta essere risalente agli anni sessanta. La spinta trainante è da addebitarsi allo sforzo profuso dall'industria aeronautico-militare statunitense. L'utilizzo di tali materiali è però ben presto ricaduto dal campo aeronautico militare a quello aeronautico civile fino ai diversi settori dell'industria meccanica. Infatti tali materiali sono dotati di una resistenza specifica nettamente superiori a quelle delle migliori leghe di acciaio o di alluminio, permette al contempo di diminuire notevolmente i pesi a parità di rigidezza strutturale. Un primo limite, di natura economica, all'utilizzo di tali materiali è insito nel loro costo elevato che, seppur diminuendo con l'aumentare della loro diffusione, ne limita l'utilizzo solo a quelle applicazioni in cui i benefici apportati consentono di sopportare tale onere. Un altro limite, questa volta di natura puramente meccanica, nell'utilizzo di tali materiali è insito nel problema del danneggiamento interno e del comportamento meccanico post-impattivo delle superfici in materiale composito esposte sia all'impatto con corpi solidi ad energia e velocità diverse. Questo ha comportato, stante l'esigenza di affidabilità cui de\vono sottostare ad esempio gli aeromobili (in cui l'utilizzo di tali materiali è oramai preponderante), un notevole impulso verso lo studio del comportamento all'impatto dei laminati in materiale composito. I diversi tipi di danneggiamento possono essere, diversamente ed opportunamente, suddivisi in base all'entità della velocità e dell'energia d'impatto. Possiamo così parlare di: • Impatti a bassa velocità e bassa energia; • Impatti a bassa velocità e alta energia; • Impatti ad alta velocità e bassa energia; • Impatti ad alta velocità ed alta energia.

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Parole chiave

carbonio
laminati
materiali compositi
modelli di impatto

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