Issue 9

S. Beretta et alii, Frattura ed Integrità Strutturale, 9 (2009) 145- 152 ; DOI: 10.3221/IGF-ESIS.09.15 145 Analisi basata sugli sforzi locali della resistenza a fatica di giunzioni incollate di materiali compositi S. Beretta, A. Bernasconi Politecnico di Milano, Dipartimento di Meccanica, via La Masa 34 – 20156 Milano , stefano.beretta@polimi.it A. Pirondi, F. Moroni Università degli Studi di Parma, Dipartimento di Ingegneria Industriale, viale G.P. Usberti, 181/A - 43100 Parma R IASSUNTO . Il lavoro prende spunto dai risultati di un’analisi sperimentale del comportamento a fatica di giunzioni incollate di materiali compositi laminati di elevato spessore formati da strati di unidirezionale e di tessuto di fibra di carbonio. I giunti sono stati realizzati in modo tale da saggiare l’influenza della lunghezza di sovrapposizione (da 25,4 mm a 110,8 mm), della forma del giunto (con e senza rastremazione), e della composizione degli aderendi (sostituzione di uno degli aderendi in composito con uno in acciaio). Mediante analisi 2D elastiche con il metodo degli elementi finiti sono state ricavate le distribuzioni degli sforzi all’interno dello strato di adesivo, al fine di individuare un parametro utile alla descrizione del comportamento a fatica in termini di sforzi locali - numero di cicli a rottura. Il ruolo della fase di propagazione viene discusso alla luce di osservazioni dell’avanzamento della frattura, condotta su alcuni dei giunti testati. A BSTRACT . Results of fatigue tests on adhesive lap joints of thick (10 mm) composite laminates are presented and discussed. Specimens of different overlap length (from 25 to 110 mm), different shape (with and without taper) and different materials (composite on composite, composite on steel) were fatigue tested. In order to investigate on the relationship between peak elastic stresses in the adhesive layer and fatigue life, a 2D structural analysis of the joints by the finite element method was performed. This analysis suggested that peak elastic stresses in the adhesive layer could be adopted as a design criterion, at least as an engineering tool for industrial applications. The role of crack propagation is also discussed, on the basis of some observations during fatigue tests. P AROLE CHIAVE . Fatica; Giunti incollati; Sforzi locali; Materiali compositi I NTRODUZIONE a resistenza a fatica delle giunzioni incollate di materiali compositi riveste particolare importanza per molte applicazioni in cui si renda necessario adottare la soluzione dell’incollaggio per abbinare l’efficienza meccanica dei materiali compositi con le proprietà di altri materiali, per esempio per inserti resistenti all’usura, oppure quanto dettato da esigenze costruttive o economiche (può risultare utile collegare parti in composito tra loro per ridurre i costi - più stampi di forme meno complesse invece di un unico stampo più complesso – o per garantire la modularità per componenti appartenenti a piattaforme di prodotto differenti). Inoltre il fenomeno della fatica di queste giunzioni presenta aspetti peculiari legati alle caratteristiche degli aderendi in materiale composito [1]. In questo lavoro sono state analizzate alcune giunzioni incollate di materiali compositi e di materiale composito su acciaio, al fine di verificare se fosse possibile adottare un criterio di resistenza a fatica basato sui valori degli sforzi assunti localmente nello strato di adesivo, come suggerito in [2]. Una soluzione di questo tipo si è infatti dimostrata valida per interpretare la resistenza statica [3]. Sebbene in questo modo il risultato sia semplicemente una condizione limite per le L