Studio del comportamento di laminati compositi quasi isotropi soggetti ad impatto a bassa velocità

Il presente studio illustra i risultati preliminari di una ricerca che si inserisce all’interno di un più ampio contesto nazionale inerente l’analisi del comportamento dei laminati in materiale composito. In particolare i risultati che vengono presentati riguardano gli studi condotti sul comportamento all’impatto a bassa velocità da parte di laminati compositi a matrice polimerica e rinforzati mediante fibre. Gli studi sono stati sviluppati sia mediante indagini sperimentali che mediante lo sviluppo di modelli numerici. Le indagini sperimentali sono state condotte in due fasi ed hanno interessato laminati compositi in configurazione quasi isotropa. La prima fase sperimentale ha riguardato le prove di impatto a bassa velocità. Le prove sperimentali di indentazione sono state monitorate mediante la tecnica delle emissioni acustiche al fine di poter valutare il progredire del danno e di poter definire una funzione che stima il danno accumulato. La seconda fase sperimentale è stata condotta eseguendo prove di trazione sui compositi indentati al fine di poterne valutare la resistenza residua. Grazie alle informazioni raccolte nel corso delle due fasi sperimentali è stato possibile identificare una correlazione tra il danno complessivo indotto durante l’indentazione ed il carico di rottura residuo in condizione di trazione. Lo sviluppo dei modelli numerici ha riguardato lo studio di una metodologia tale da riprodurre il comportamento dei laminati compositi soggetti ad impatto a bassa velocità ed a carichi di trazione. La modellazione numerica è stata eseguita mediante l’impiego congiunto di elementi ortotropi ed equazioni di vincolo tra gli elementi stessi grazie ai quali è stato possibile ricostruire in modo organico la struttura dei laminati compositi. Sono stati sviluppati anche algoritmi di simulazione del comportamento del materiale soggetto ad indentazione tali da tenere conto del progredire del danno all’interno dei laminati secondo i tre principali modi di guasto: rottura della matrice, delaminazione e rottura delle fibre. Gli algoritmi si basano su criteri di rottura derivati dalla teoria di Hashin generalizzata e contengono lacune costanti che devono essere determinate mediante il confronto tra i risultati numerici e quelli sperimentali. La conoscenza di tali costanti è la premessa essenziale per rendere operativa la metodologia sviluppata anche per la progettazione di componenti a morfologia complessa.