DIPTEM
Università di Genova
Dipartimento di Ingegneria della Produzione,
Termoenergetica e Modelli Matematici
Gruppo di ricerca su adesivi e giunzioni
innovative
DIPTEM
Potenzialità del gruppo
• Prove sperimentali anche su prototipi :
−
−
−
−
−
−
statiche
statiche a bassa ed alta temperatura
fatica (225 Hz)
creep
nebbia salina
umidità
• Analisi statistica dei risultati sperimentali
• Analisi strutturale
− metodi analitici
− metodi numerici (FEM)
DIPTEM
Attività di ricerca svolte
•Ampia campagna sperimentale, con particolare riferimento ad
adesivi epossidici e silano modificati
•Prove sperimentali statiche a taglio, sia a temperatura
ambiente sia a bassa temperatura (T= -50°C)
•Diverse geometrie:
- le più comuni: single lap, double lap, single strap
- campione piegato a 90° e a 45°/135°
- giunti tubolari (in corso)
•Successive analisi numeriche, sia in campo statistico, sia FEM
DIPTEM
Obiettivi delle prove a temperatura ambiente


Limitata disponibilità di dati sperimentali
Necessità di indicazioni generali relative alla variazione
dei carichi di rottura in funzione di parametri geometrici
significativi quali:




Lunghezza di sovrapposizione
Spessore dello strato di adesivi
Spessore degli aderendi
Combinazione di varie tipologie di adesivi con differenti
tipi di aderendi
DIPTEM
Analisi di approfondimento
• Maggiore attenzione sulle tipologie di giunti più comuni
(single- lap e double-lap)
• Selezione di 4 resine epossidiche diverse
• Metodologia seguita:
- opportuna analisi statistica dei dati sperimentali (prove statiche a taglio)
- creazione di una superficie di interpolazione allo scopo di stimare altri
carichi di rottura
- confronto dei dati stimati con risultati sperimentali derivanti da prove
condotte appositamente
DIPTEM
Configurazioni esaminate
Single-lap
Double-lap
DIPTEM
Materiali utilizzati
Adesivi
2 monocomponenti e 2 bicomponenti:
M1= 9514
M2= 9533
B1= 3425
B2= 9461
r= 43.9 MPa
r= 33.6 MPa
r= 32.7 MPa
r= 27.6MPa
E= 3249 MPa
E= 1444 MPa
E= 2179 MPa
E= 2407 MPa
Aderendi
Lega AA2024-T3
Re= 345 MPa, E= 70000 MPa
Acciaio da carpenteria S355
Re= 355 MPa, E= 210000 MPa
DIPTEM
Attrezzature utilizzate per la preparazione dei
campioni
corretto allineamento dei lamierini
spessore adesivo costante
spigolo vivo alle estremità della
sovrapposizione
DIPTEM
Procedure operative

Garanzia di :




Ripetibilità di varie operazioni (preparazione superfici, applicazione
adesivo, tempo di cura, temepratura di reticolazione)
Stabilità dimensionale dei campioni
Stabilità dei parametri di prova
Normative di riferimento:



ASTM D2651: “Standard Guide for Preparation of Metal Surfaces for
Adhesive Bonding”
ASTM D1002-2001: “Standard Test Method for Apparent Shear
Strength of Single-Lap-Joint Adhesively Bonded Metal Specimens
by Tension Loading (Metal-to-Metal)”
ASTM D 3528-98: “Standard Test Method for Strength Properties of
Double Lap Shear Adhesive Joints by Tension Loading”
DIPTEM
Risultati
Geometry
Adhesive B1
Adhesive B2
Adhesive M1
Adhesive M2
F [N]
(ds/F %)
F [N]
(ds/F %)
F [N]
(ds/F %)
F [N]
(ds/F %)
S1/Al/0.5/1.5/5
2818.13
7.39
2680.97
6.72
4845.05
1.73
2341.88
8.56
S1/Al/0.5/1.5/8
3814.06
6.45
4246.88
1.81
5642.86
3.7
2712.72
7.04
S1/Al/0.5/1.5/12.5
4321.18
11.46
5384.80
3.36
7273.93
4.19
3121.03
6.4
S1/Al/2/1.5/5
1629.41
20.58
1864.36
13.96
2603.50
8.39
1475.74
17.72
S1/Al/2/1.5/8
2103.12
6.18
2416.05
6.05
3232.91
6.09
1977.14
5.34
S1/Al/2/1.5/12.5
2962.28
30.44
2971.80
6.08
3943.35
4.66
1978.03
11.23
S1/Al/0.5/3/5
2650.49
6.09
3196.59
13.62
4968.24
21.14
2750.82
22.25
S1/Al/0.5/3/8
3629.15
7.84
4852.42
10.13
8617.71
3.37
4210.30
12.35
S1/Al/0.5/3/12.5
6934.20
4.17
7223.13
7.03
11106.15
5.83
6505.58
13.66
S1/Al/2/3/5
2170.43
9.71
2477.77
5.17
3981.45
9.69
1835.15
9.82
S1/Al/2/3/8
3456.43
7.52
3527.55
20.56
6498.34
2.59
3058.16
12.69
S1/Al/2/3/12.5
3556.00
28.48
5521.33
7.01
7254.88
2.14
3692.53
4.98
DIPTEM
Influenza dello spessore di adesivo
SINGLE LAP
ACCIAIO - spessore 1.5 mm
DOUBLE LAP
ACCIAIO
DIPTEM
Analisi statistica



Test di Student unilaterale
Livello di confidenza prestabilito (95 ÷ 99%)
Creazione di superfici interpolanti (Mathcad)
(regressione “multivariate” → funzioni polinomiali → superficie
interpolante)
↓
Modello previsionale per il comportamento
del giunto incollato
- Variabili: spessore adesivo
lunghezza sovrapposizione
- Parametri: aderendo
spessore aderendo
DIPTEM
Confronto tra carichi rottura “stimati” e
sperimentali
Carico rottura [N] per spessore aderendo 1.5mm
Adesivo B1
Single- lap
Sperimentale
Mathcad
B1-S1-1-1.5-5
2082
2496
B1-S1-1-1.5-12.5
3229
3479
Carico rottura [N] per spessore aderendo 3mm
Adesivo B1
Single- lap
Sperimentale
Mathcad
B1-S1-1-3-5
2247
1496
B1-S1-1-3-12.5
5963
6009
Aderendo : Acciaio S355
DIPTEM
Prove statiche a bassa temperatura (T= -50°C)
6000
DF% = -35%
DF% = -11%
3421 T room
4000
Adesivo 3421
2000
0
4
6
8
10
12
14
Overlap [mm]
6000
DF% = -17%
DF% = -10%
ls = 12.5mm
ls = 5mm
Load [N]
Load [N]
3421 T-50 °C
ls = 12.5mm
ls = 5mm
4000
2000
3425 T room
3425 T-50 °C
0
Adesivo 3425
4
6
8
10
Overlap [mm]
12
14
DIPTEM
Prove di piega su scatolati
DIPTEM
Prove di piega su scatolati
DIPTEM
Prove di piega su scatolati
DIPTEM
Prove di piega su scatolati
15000
Carico in N
10000
5000
0
0
40
20
Allungamento in mm
60
DIPTEM
Giunti ibridi incollati-saldati


PRIN 2007
Attualmente in fase di studio i parametri di saldatura per
metodologia weld- through
DIPTEM
Giunti ibridi incollati-saldati
Flow-in
Weld- through
DIPTEM
Analisi FEM
H element
P element
N° elementi spessore
adesivo
6
2
N° elementi spessore
aderendo
6
2
N° elementi lunghezza
sovrapposizione
40
6
N° totale elementi
1620
108
N° totale nodi
5277
421
Spessore adesivo = 0.5mm
Spessore aderendo = 1.5 mm
Lunghezza sovrapposizione = 12.5 mm
Lunghezza totale campione = 190 mm
DIPTEM
Analisi FEM
DIPTEM
DIPTEM
Attrezzature disponibili
•
•
•
•
•
•
•
•
Macchine di prova Zwick e Amstler (-70°C ÷ +1100°C)
Macchina per prove di fatica Mayes
Macchina per prove di creep ATS (Applied Test System)
Metallizer Balzers Union SCD 040
Microscopio ottico Reichert-Jung MeF3A
Microscopio stereoscopico Zeiss
Rugosimetro Taylor and Hobson
Macchine per preparazione campioni metallografici (Hot mounting
press LaboPress3 eTegrapol31)
• Durometri (Vickers, Rocwell, Brinell)
• Microdurometri
• Codici FEM (Ansys vers. 11)