Issue 9

D. Castagnetti et alii, Frattura ed Integrità Strutturale, 9 (2009) 55 – 63; DOI: 10.3221/IGF-ESIS.09.06 55 Modellazione efficiente agli elementi finiti per l’analisi a collasso di strutture incollate complesse D. Castagnetti, A. Spaggiari, E. Dragoni Università di Modena e Reggio Emilia, Dipartimento di Scienze e Metodi dell’Ingegneria, via Amendola, 2 –42100 Reggio andrea.spaggiari@unimore.it R IASSUNTO . Il lavoro verifica l’applicabilità di un modello semplificato agli elementi finiti per l’analisi a collasso post elastico di strutture incollate complesse in parete sottile. Al fine di superare le limitazioni dei modelli di letteratura come l’uso di elementi speciali, il lavoro sfrutta un modello ridotto già presentato dagli autori in campo elastico. Tale modello è basato sulla rappresentazione degli aderendi mediante elementi semistrutturali (piastre o gusci) e dell’adesivo per mezzo di speciali elementi coesivi. La continuità strutturale tra aderendi e adesivo è ottenuta mediante vincoli interni (tied mesh) che accomunano i gradi di libertà dei nodi mutuamente affacciati di aderendi ed adesivo. La struttura analizzata è un simulacro di incollaggio industriale e produce nella strato adesivo una sollecitazione complessa, analizzabile solo con modelli numerici. Si considera una struttura tubolare in parete sottile a sezione quadrata, fatta di due spezzoni posti testa a testa e incollati con fazzoletti di lamiera sui quattro lati. La struttura è sottoposta a flessione a tre punti fino al cedimento e la zona incollata posta disassata rispetto al punto di applicazione del carico riceve una sollecitazione indiretta. I risultati dell’analisi FEM, confrontati direttamente con le curve sperimentali forza-spostamento, evidenziano una buona accuratezza del metodo, in termini di rigidezza, forza massima e comportamento post elastico della struttura, accompagnati da ridotte dimensioni del modello e tempi di calcolo molto contenuti. Grazie a questi vantaggi, la procedura si presta ad effettuare l’analisi di strutture incollate complesse, altrimenti ingestibili se affrontate con una modellazione agli elementi finiti tradizionale. A BSTRACT . The paper deals with the application of an efficient finite element (FE) model for the failure analysis of bonded structures. Aim of the work is to assess the accuracy and applicability of the computational model in the prediction of the post-elastic response of large and complex bonded structures. In order to overcome the limitations encountered in the technical literature, such as the use of special elements, the present work assesses the applicability of a reduced computational method, previously presented by the authors. The method is based on standard modeling tools, which are available in most of commercial FE packages. The method describes the adherends by semi-structural elements (plates or shells), and the adhesive by means of a single layer of cohesive elements. This work applies the proposed reduced method to a complex, industrial-like, structure. A square thin-walled beam is considered, made of two different portions joined head to head by overlapping thin plates on each side. The beam is loaded by a three point bending fixture up to failure which originates an indirect, complex stress field on the bonded region. The benchmark for the computational analyses are the force-displacement curves obtained by experimental tests on two different geometries. The comparison with the experimental data shows a good accuracy of the proposed method in terms of structure stiffness, maximum load and post-elastic behaviour up to the collapse of the structure. The numerical precision and the computational speed make the proposed method very useful for the efficient analysis of complex bonded structure, both for research and industrial purposes. P AROLE CHIAVE . Metodi numerici efficienti, analisi a collasso, costruzioni incollate