RICERCA ITALIANA     

Analisi e monitoraggio del danneggiamento in materiali compositi a matrice polimerica (AMDACOMP)

Università degli Studi di Parma

Abstract

Il programma di ricerca complessivo delle 5 Unità di Ricerca, che hanno maturato una notevole esperienza nei rispettivi settori di competenza (testimoniata dalla qualificata produzione scientifica e dai riconoscimenti ottenuti in ambito internazionale), si propone lo sviluppo di una metodologia di analisi e di monitoraggio del danneggiamento, in particolare in presenza di carichi variabili ciclicamente (e quindi, tali da dare luogo ad affaticamento del materiale) di materiali compositi a matrice polimerica. La definizione di questa metodologia è basata sulla caratterizzazione sperimentale del materiale nelle condizioni di carico di interesse e più comunemente riscontrabili in situazioni operative, sulla definizione di modelli comportamentali dei materiali a livello microstrutturale e sulla messa a punto di tecniche sperimentali idonee al rilievo quantitativo del livello del danneggiamento in corso e, conseguentemente, idonee all’utilizzo come strumenti per monitorare il grado di danneggiamento subito per la stima della resistenza/vita residua di una manufatto in composito.
I tipi di materiali di interesse per la ricerca sono 4, sono tra loro molto differenti, sono accomunati dalla natura della matrice e coprono una gran parte delle applicazioni strutturali dei compositi a matrice polimerica: tessuti in fibra di carbonio, microrinforzati con fibra di carbonio e lubrificanti solidi, composti a fibra corta di vetro, pultrusi.
La natura eterogenea, i diversi campi >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Gianni Nicoletto Università degli Studi di PARMA

Obiettivo del Programma di Ricerca

Il programma complessivo delle 5 Unità di Ricerca si propone lo sviluppo di una metodologia per l'analisi e il monitoraggio del danneggiamento nei materiali compositi a matrice polimerica. In particolare si intende approfondire le problematiche relative al danneggiamento in presenza di carichi ciclicamente variabili. I materiali considerati coprono la maggior parte della applicazioni dei compositi a matrice polimerica: i compositi pultrusi (utilizzati per realizzare componenti strutturali utlizzati nell'ingegneria civile), i compositi tessuti con rinforzo in fibra di carbonio (utilizzati per lo sviluppo di prodotti ad elevata tecnologia), i compositi a matrice polimerica e rinforzo in fibra di vetro corta (stampati a iniezione ed impiegati per produzioni in grande serie), compositi con matrice in PEEK e rinforzo di microfibre e lubrificanti solidi (utilizzati per impieghi strutturali ad alte prestazioni e per componenti soggetti a contatto ciclico).
Risulta evidente, quindi, la molteplicità degli aspetti peculiari che caratterizza ognuno dei materiali e che il danneggiamento avverrà sotto diverse forme e con dinamiche differenti al variare del materiale. Logica conseguenza è che l'analisi sperimentale dello sviluppo del danno potrà richiedere l'impiego di tecniche di rilievo differenti. In altre parole, si presume di dover utilizzare tecniche sperimentali differenti al variare del materiale.
Gli aspetti ora evidenziati non risultano >>>

Risultati parziali attesi

I risultati attesi dalla ricerca fanno riferimento agli obiettivi generali precedentemente dichiarati. Relativamente all'OBIETTIVO GENERALE 1 (caratterizzazione sperimentale del comportamento meccanico dei materiali e dell'evoluzione del danneggiamenti nelle condizioni di carico di interesse applicativo dei materiali considerati) è atteso un approfondimento delle conoscenze legato, in primo luogo, ad una estesa sperimentazione a fatica che riguarderà condizioni di carico (ad esempio la fatica da contatto per i compositi con matrice in PEEK) e durate (fino a 10 milioni) che non sono state precedentemente prese in considerazione e che limitano, ad oggi l'applicabilità di questi materiali in molte applicazioni.
Degna di nota e del tutto originale è l'intenzione di ricorrere al Sincrotrone per caratterizzare a livello microstrutturale i materiali di interesse: questo modo di procedere risulta particolarmente attraente relativamente alle poliammidi con rinforzo in fibra corta di vetro, in cui la disposizione delle fibre risulta legata al processo di ottenimento e, con essa, la resistenza meccanica del materiale. Si valuterà anche la possibilità di applicare con successo questa tecnica a una parte degli altri materiali. Un altro approfondimento sarà lo sviluppo di indagini al sincrotrone per l'analisi di campioni parzialmente danneggiati a fatica, per verificare se e in quali circostanze questa tecnica può dare informazioni utili all'analisi >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

L’utilizzo dei materiali compositi a matrice polimerica si è rapidamente diffuso in differenti settori dell’ingegneria civile ed industriale. Al di là delle molteplici tipologie e del gran numero di applicazioni di questi materiali, c’è un fattore che li accomuna e ne limita le prestazioni: a differenza dei materiali metallici, infatti, la cui rottura è preceduta da evidenti deformazioni o da un comportamento vibrazionale caratteristico e interpretabile, il danneggiamento nei materiali compositi a matrice polimerica avviene in maniera meno evidente e meno nota, ed è rilevabile microscopicamente solo quando si è in prossimità del cedimento e, quindi, non è possibile adottare azioni correttive. Tale limitazione, può essere superata solo attraverso approfonditi studi che consentano la definizione di modelli previsionali dell’evolvere del danneggiamento e di tecniche sperimentali idonee al rilievo e al monitoraggio dell’evoluzione del danneggiamento nel tempo.
E’ questo lo scopo della ricerca proposta, nella quale si focalizza l’attenzione sulle più comuni famiglie di compositi a matrice polimerica (tessuti in fibra di carbonio, pultrusi, compositi in peek con rinforzo in microfibra, compositi polimerici con rinforzo in fibra corta di vetro) e su alcune delle più promettenti tecniche di analisi sperimentale al riguardo (ultrasuoni, conducibilità elettrica dei materiali e Digital Image Correlation) e su una delle condizioni di esercizio più critiche per questi materiali (e >>>