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AIAS Meeting Gruppo di Lavoro Tecnologie di Giunzione Reggio Emilia, 16-17 Aprile 2009 Prof. Ing. Alessandro Pirondi, Ing. Fabrizio Moroni Università di.

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1 AIAS Meeting Gruppo di Lavoro Tecnologie di Giunzione Reggio Emilia, Aprile 2009 Prof. Ing. Alessandro Pirondi, Ing. Fabrizio Moroni Università di Parma, Dipartimento di Ingegneria Industriale

2 - Giunzioni incollate ibride - Simulazione fatica con modello di zona coesiva - Progettazione statica ed a fatica incollaggi - Educational Attività OUTLINE

3 Giunzioni incollate ibride

4 4/18 Rivettatura Rivettatura Autoperforante Tecniche di giunzione meccanica per lamiere Saldatura a resistenza Clinciatura + incollaggio = giunto ibrido !

5 5/18 Analisi DoE Processo Fattori non controllabili x i Fattori controllabili y j Risultati z k Analisi Giunti Ibridi - Risultato: Carico Massimo, Rigidezza, Energia di Rottura - Fattori controllabili Spessore aderendi / Materiale / Passo tra punti di fissaggio / Temperatura di esercizio/Invecchiamento (ciclo VDA ) Analisi Fattoriale 1 piano di esperimenti per ogni tipologia di giunto Giunti saldati (stessi aderendi) Giunti rivettati, SPR, clinciati (aderendi diversi) Adesivo: Terokal K Hot curing epoxy.

6 6/18 Fattori considerati / Livelli 1 pt. p=60mm 2 pt. p=30mm FattoreSimboloLivelli SpessoreA1.5 / 2.5 mm MaterialeBAlluminio / Acciaio PassoC30 / 60 mm TemperaturaD23 / 60 °C FattoreSimboloLivelli SpessoreA1.5 / 2.5 mm PassoC30 / 60 mm TemperaturaD23 / 60 °C Giunti omogenei Giunti eterogenei Applicata riduzione ½ Analisi Generatore riduzione D = - ABC TrattamentoSpessore -ASubstrato - BPasso - CTemper. - D 01.5 mm-Alluminio-30 mm- 23°C - cd1.5 mm-Alluminio-60 mm+ 60°C + bd1.5 mm-Acciaio+30 mm- 60°C + bc1.5 mm-Acciaio+60 mm+ 23°C - ad2.5 mm+Alluminio-30 mm- 60°C + ac2.5 mm+Alluminio-60 mm+ 23°C - ab2.5 mm+Acciaio+30 mm- 23°C - abcd2.5 mm+Acciaio+60 mm+60°C+ Analisi fattoriale completa 2 3 TrattamentoSpessore - APasso - CTemper. - D 01.5 mm-30 mm- 23°C - d1.5 mm-30 mm- 60°C + c1.5 mm-60 mm+ 23°C - cd1.5 mm-60 mm+ 60°C + a2.5 mm+30 mm- 23°C - ad2.5 mm+30 mm- 60°C + ac2.5 mm+60 mm+ 23°C - acd2.5 mm+60 mm+60°C+

7 Sintesi risultati I giunti weld-bonded presentano un netto incremento della resistenza in confronto ai semplicemente saldati a punti e comunque anche rispetto ai semplicemente incollati (effetto sinergico) Per quanto riguarda i giunti rivet-, SPR- e clinch-bonded, il contributo alla resistenza da parte delladesivo è più elevato che nei weld-bonded e non si ha effetto sinergico. Forte riduzione della dipendenza della resistenza dalla temperatura e dallinvecchiamento dei weld-bonded in confronto ai semplicemente incollati, mentre a riduzione è minore nel caso dei rivet-, SPR- e clinch- bonded (maggiore importanza delladesivo) Per la rigidezza valgono considerazioni simili, mentre lassorbimento di energia aumenta in ogni caso.

8 8/16 Esempi PropertyValue Stiffness [N/mm]33005 Maximum Load [N]14886 Energy Absorption [J]8.75 Solution ASolution BSolution C Pitch [mm] Thickness [mm] Stiffness [N/mm] % % % Maximum Load [N] % % % Energy Absorption [J] % % % Hybrid Solution ASolution B Welding costs= -36% Material costs -12,5%= Example 1: welded joint, steel substrates, 2 mm sheet thickness, 45mm pitch

9 9/16 PropertyValue Stiffness [N/mm]31611 Maximum Load [N]9917 Energy Absorption [J]3.26 Solution A Pitch [mm]60 Thickness [mm]1.5 Stiffness [N/mm] % Maximum Load [N] % Energy Absorption [J] % Example 2: Bonded joint at 90°C, 1.5mm thick steel substrates Hybrid, Weld-bonded Esempi

10 10/16 Attività in corso e prospettive Simulazione danneggiamento e cedimento quasi-statico giunti weldbonded (rivet- e clinch-bonded già approcciati lo scorso anno) Proposta PRIN 2007 con RE (capofila), TO, GE: non ammessa al cofinanziamento. Rilanciare in futuro? Puntare su valutazione resistenza a fatica?

11 Simulazione a fatica con modello di zona coesiva

12 Modello di zona coesiva Modello micromeccanico per la previsione della propagazione di difetti Distribuzione tensioni allapice del difetto Relazione tensioni apertura Risposta degradata Risposta elastica

13 Modello di zona coesiva e fatica Degrado della rigidezza (Lemaitre, 1985) AdAd A e -A d

14 Omogeneizzazione del danno Legge di Paris [*] Turon, Costa, Camanho, Dàvila, Simulation of delamination in composites under high-cycle fatigue. Composites 38 (2007), A = superficie del difetto

15 Valutazione Tasso Rilascio Energia Increm. n Increm. n+1 Giunto DCB – substrati in acciaio CZ BC - Simmetria F Avanzamento del difetto A n+1 - A n = dA (W - U) n+1 - (W - U) n = d(W-U) A vis

16 Valutazione Fattore Rilascio Energia Validazione metodo di calcolo Limite di validità relazione analitica

17 Implementazione nel programma EF Hyp: Massima variazione del danno per ogni incremento Δd Equivalenza Incremento-Numero di cicli ΔN Schema di Funzionamento Ad ogni incremento si esegue il loop: Distribuzione danno incremento n Distribuzione danno incremento n+1 Per ogni punto dintegrazione

18 Dati sperimentali Taratura parametri zona coesiva (confronto con test DCB) Parametri della legge di Paris (da prove di propagazione su giunti DCB) ParametroValore C5.19 m3.64 ParametroValore Г [N/mm]0.6 σ max [MPa]30 δ 0 [mm]0.004 δ C [mm]0.04

19 Risultati Discontinuità nei primi incrementi Pendenza prossima a quella sperimentale

20 estensione del funzionamento per diversi modi di sollecitazione e diverse geometrie identificazione di nuove leggi di omogeneizzazione del danno allinterno della zona coesiva proposta PRIN 2008 con PD (capofila, Prof. Galvanetto), RE, TO, Cassino: in fase di valutazione abstract per progetto FP7-Aerospazio attraverso EASN (European Aeronautic Science Network), stessa compagine PRIN, partner stranieri da individuare con laiuto di EASN: valutazione di fattibilità entro lestate Attività in corso e prospettive

21 Progettazione statica ed a fatica incollaggi

22 Progetto Poli MI (responsabili Prof. S. Beretta, Ing. A. Bernasconi) Applicazione - Elemento strutturale con giunzioni composito-composito e metallo-metallo - Laminato tessuto grafite-epoxy, acciaio, adesivo epossidico strutturale [Goglio, Rossetto, Dragoni, AIAS 02, Parma] Flow-chart del progetto (statico e a fatica)

23 Provini Lap shear rastremato TC mm Lap shear 2 inches LS 50.8 mm Lap shear 1 inch LS 24.5 mm Lap shear 1 inch acciaio SC 25.4 mm

24 Risultati: resistenza statica zona di sicurezza (resistenza statica) max prove di frattura in Modo I

25 Risultati: resistenza a fatica max

26 Nucleazione vs. propagazione a fatica Tipo di giuntoN TOT NiN i / N TOT LS 25.4 mm TC mm TC mm

27 Test di tenacità a frattura e propagazione di difetti a fatica Direzione avanzamento difetto Zona non incollata Propagazione nel composito Propagazione nelladesivo Obbiettvo: previsione della durata a fatica

28 Educational

29 Progetto 2008: elementi incollati

30 Progetto 2009: elementi incollati - Semiassi - Piantone di sterzo - Attacco scatola sterzo +

31 Thats all Folks! (per questanno....)


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