RICERCHE A REGGIO EMILIA SUI SISTEMI DI GIUNZIONE D. Castagnetti, A. Spaggiari, E. Dragoni DISMI - Università di Modena e Reggio Emilia Gruppo di Lavoro AIAS “Tecniche di Giunzione” Reggio Emilia – 16-17 Aprile 2009
AMBITO Calcolo di grandi costruzioni incollate Previsione del comportamento strutturale Metodologie efficienti agli elementi finiti Caratterizzazione adesivi
SOMMARIO Attività di modellazione Attività di caratterizzazione
SOMMARIO Attività di modellazione Attività di caratterizzazione
Combinare i vantaggi dei due metodi MOTIVAZIONE Veloce ma impreciso Combinare i vantaggi dei due metodi Preciso ma inefficiente
SCOPO Sviluppare metodi numerici semplici, efficienti, generali, portabili, precisi per analisi strutturale in grandi costruzioni incollate verifica a resistenza dell’incollaggio previsione del collasso della struttura
METODO Modello intensivo Modello ridotto Tied nodes Cohesive elements
FASI ATTIVITA’ Analisi Computazionale Sperimentale Elastica X Post-elastica
FASI ATTIVITA’ Analisi Computazionale Sperimentale Elastica X Post-elastica
ANALISI ELASTICA Buona previsione delle tensioni elastiche (Castagnetti, Dragoni, IJAA 2008) B A A B
ANALISI POST-ELASTICA Buona previsione delle tensioni post-elastiche (Castagnetti, Dragoni, Spaggiari, in stampa su JAST) 100 200 300 400 500 600 700 Δ Tempo di CPU Forza (N) Riduzione media del tempo di analisi di 50 volte Metodo EF completo Metodo EF ridotto 2 4 6 8 10 Spostamento (mm)
FASI ATTIVITA’ Analisi Computazionale Sperimentale Elastica X Post-elastica
FASI ATTIVITA’ Giunzione T-Peel Costruzione incollata complessa
FASI ATTIVITA’ Giunzione T-Peel Costruzione incollata complessa
METODO T-peel (ASTM-D 1876) Codice EF commerciale: ABAQUS 6.7 Δ Δ t t Tied nodes sa=0.1 e e b b
METODO Variabili ─ + Spessore aderendi, t (mm) 2 3 Lunghezza di incollaggio, b (mm) 80 88 Materiale aderendi Acciaio Alluminio Henkel Loctite 9466, 2K epoxy 5 ripetizioni 40 giunti
METODO
CAMPAGNA SPERIMENTALE 40 giunti
METODO Criterio di Von Mises Adesivo Aderendi Acciaio Acciaio Tensione (MPa) Deformazione 120 700 Acciaio Acciaio t = 3mm 600 100 500 80 E = 210 GPa t = 2mm Criterio di Von Mises 400 60 300 E = 1716 MPa 40 n = 0.3 200 20 100 E=69 GPa Alluminio Alluminio 0.00 0.10 0.20 0.30 0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010
RISULTATI (Acciaio) Forza (N) Spostamento (mm) Modello ridotto t = 2mm, b = 80mm t = 3mm, b = 88mm Prove sperimentali
RISULTATI (Allumino) Prove sperimentali Modello ridotto Forza (N) Spostamento (mm) Prove sperimentali Modello ridotto t = 2mm, b = 80mm t = 3mm, b = 80mm
DISCUSSIONE Il Metodo ridotto evidenzia: Errore rigidezza e tensioni elastiche <10% Errore forza di picco <15% Errore sulla energia di deformazione <40% Forte riduzione del tempo di calcolo: analisi 2D ≈ 50 volte più veloce analisi 3D ≈ 350 volte più veloce
FASI ATTIVITA’ Giunzione T-Peel Costruzione incollata complessa
CONTENUTI Costruzione incollata complessa Simulazione efficiente agli elementi finiti Prove sperimentali a collasso Confronto preliminare numerico sperimentale
GIUNTO DI RIFERIMENTO F Adesivo Campagna sperimentale sistematica 1.5 mm Adesivo Campagna sperimentale sistematica Lato tubo quadro 25 mm 40 mm Lamierini basi 2 Lamierini fianchi
GIUNTO DI RIFERIMENTO F Adesivo Campagna sperimentale sistematica 1.5 mm Adesivo Campagna sperimentale sistematica Lato tubo quadro 25 mm 40 mm Lamierini basi 2 Lamierini fianchi
MODELLO NUMERICO Analisi esplicita: miglior prestazione per analisi a collasso Adesivo Aderendi Materiale Hysol 9466 – 2K epoxy Acciaio Fe 510 Tipo elemento Shell Coesivo Mesh 0.4 mm 0.8 mm Legame σ MPa 60 Cohesive Zone Model σ MPa Bilineare incrudente δe δf mm ε
X MODELLO NUMERICO Modello ridotto Numero elementi: 10528 Numero g.d.l: 66374 Modello completo Numero elementi: 100098 Numero g.d.l: 470139
ALLESTIMENTO SPERIMENTALE Preparazione superficiale aderendi Deposizione adesivo Prova di flessione
CAMPAGNA SPERIMENTALE
Plasticizzazione tubo Tubo integro lato 40mm Plasticizzazione tubo RISULTATI Tubo integro lato 25 mm Plasticizzazione tubo Tubo integro lato 40mm Plasticizzazione tubo
Plasticizzazione tubo Tubo incollato lato 40mm Cedimento adesivo RISULTATI Tubo incollato lato 25 mm Plasticizzazione tubo Tubo incollato lato 40mm Cedimento adesivo
RISULTATI Tubo incollato lato 25 mm Tubo incollato lato 40mm
DISCUSSIONE Confronto numerico-sperimentale Rigidezza: errore <10% Forza di picco: errore <10% Energia assorbita: comparabile Tempo di calcolo: meno di due ore Picco forza Energia Rigidezza
CONCLUSIONI Modello agli elementi finiti con pochi gradi di libertà per Analisi strutturale di grandi costruzioni incollate Errori contenuti su rigidezza, tensioni e forze Tempi di calcolo contenuti
OUTLINE Attività di modellazione Attività di caratterizzazione
CARATTERIZZAZIONE ADESIVI Influenza spessore adesivo su resistenza statica Prove su giunzioni DCB
CARATTERIZZAZIONE ADESIVI Influenza spessore adesivo su resistenza statica Prove su giunzioni DCB
SCOPO Valutare influenza spessore adesivo su resistenza intrinseca a taglio
CAMPAGNA SPERIMENTALE Esecuzione randomizzata
CAMPAGNA SPERIMENTALE
Tensione tangenziale massima Scarsa influenza spessore RISULTATI Tensione tangenziale massima Scarsa influenza spessore
CARATTERIZZAZIONE ADESIVI Influenza spessore adesivo su resistenza statica Prove su giunzioni DCB
PROVE SPERIMENTALI SU DCB 2 adesivi: Hysol 9466, Hysol 9514 2 spessori adesivo Geometria secondo ASTM D 3433 4 ripetizioni
SVILUPPI FUTURI Simulazione prove di impatto su costruzioni complesse Ampliamento campagna di caratterizzazione adesivi Contatti eugenio.dragoni@unimore.it davide.castagnetti@unimore.it andrea.spaggiari@unimore.it