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
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
X
X
FASI ATTIVITA’
Analisi
Computazionale Sperimentale
Elastica
X
Post-elastica
X
X
ANALISI ELASTICA
12
Buona previsione delle tensioni elastiche
(Castagnetti, Dragoni,
IJAA 2008)
S12
35.0
A
30.0
B
t (MPa)
25.0
Full FE model
Reduced FE model
20.0
Method A
Method C
15.0
10.0
5.0
0.0
A
B
ANALISI POST-ELASTICA
Buona previsione delle tensioni post-elastiche
(Castagnetti, Dragoni, Spaggiari, in stampa su JAST)
700
Δ
600
Tempo di CPU
Forza (N)
500
400
300
200
Metodo EF completo
Metodo EF ridotto
100
0
0
2
4
6
Spostamento (mm)
8
10
Riduzione media del
tempo di analisi di
50 volte
FASI ATTIVITA’
Analisi
Computazionale Sperimentale
Elastica
X
Post-elastica
X
X
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
b
b
e
METODO
Variabili
Spessore aderendi, t (mm)
─
+
2
3
Lunghezza di incollaggio, b (mm)
80
88
Materiale aderendi
Henkel Loctite 9466, 2K epoxy
5 ripetizioni
40 giunti
Acciaio Alluminio
METODO
CAMPAGNA SPERIMENTALE
40 giunti
METODO
Adesivo
Aderendi
120
700
Acciaio
Acciaio
Tensione (MPa)
t = 3mm
600
100
500
80
E = 210 GPa
t = 2mm
400
Criterio di Von Mises
60
300
40
E = 1716 MPa
n = 0.3
200
20
100
Alluminio
0
0.00
0.10
0.20
0.30
0
0.000
Deformazione
E=69 GPa
0.002
0.004
Alluminio
0.006
0.008
0.010
RISULTATI (Acciaio)
F-c acciaio spessore 3mm bracc
F-c Acciaio spessore 2mm braccio 20mm
Prove sperimentali
Modello ridotto
1500
1500
1200
1200
900
t = 3mm, b = 88mm
Force (N)
Force (N)
(N)
Forza
t = 2mm, b = 80mm
600
Ac_2_b_20 4 Prova
Ac_2_b_20 5 Prova
600
300
0
0
1
2
3
4
Displacement (mm)
5
6
Ac_2_b_20 2 Prova
Ac_2_b_20 3 Prova
300
0
Ac_2_b_20 1 prova
900
ABAQUS SIMULAZIONE
0
1
Spostamento (mm)
2
3
4
Displacement (mm)
5
6
RISULTATI (Allumino)
Andamento totale Forza-Corsa
160
160
140
140
120
120
100
100
Force (N)
Forza
Force(N)
(N)
Prove sperimentali
80
80
60
60
40
40
t = 2mm, b = 80mm
20
t = 3mm, b = 80mm
20
0
Modello ridotto
0
0
1
2
3
4
5
6
0
1
Spostamento (mm)
Displacement (mm)
2
3
4
Displacement (mm)
5
6
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
1.5 mm
F
Adesivo
Campagna sperimentale sistematica
Lato tubo quadro
25 mm
40 mm
Lamierini basi
Lamierini fianchi
0
0
2
2
GIUNTO DI RIFERIMENTO
1.5 mm
F
Adesivo
Campagna sperimentale sistematica
Lato tubo quadro
25 mm
40 mm
Lamierini basi
Lamierini fianchi
0
0
2
2
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
σ
MPa
Cohesive
Zone
Model
60
Legame
σ
MPa
Bilineare
incrudente
δe
δf
mm
ε
MODELLO NUMERICO
Modello ridotto
Modello completo
Numero elementi: 10528
Numero elementi: 100098
Numero g.d.l:
Numero g.d.l:
66374
470139
ALLESTIMENTO SPERIMENTALE
Preparazione superficiale aderendi
Deposizione adesivo
Prova di flessione
CAMPAGNA SPERIMENTALE
RISULTATI
Tubo integro lato 25 mm
Tubo integro lato 40mm
Plasticizzazione tubo
Plasticizzazione tubo
RISULTATI
Tubo incollato lato 25 mm
Tubo incollato lato 40mm
Plasticizzazione tubo
Cedimento adesivo
RISULTATI
Tubo incollato lato 25 mm
Tubo incollato lato 40mm
DISCUSSIONE
Reduced FE Method
700
Confronto numerico-sperimentale
Picco forza
600
Rigidezza: errore <10%
Force (N)
500
400
300
200
Forza di picco: errore <10%
Energia
100
0
0
Energia assorbita: comparabile
Tempo di calcolo: meno di due ore
1
1
2
Rigidezza
Displacement (mm)
2
3
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
RISULTATI
Tensione tangenziale massima
40.0
35.0
t max (MPa)
30.0
25.0
20.0
Scarsa influenza spessore
15.0
10.0
5.0
0.0
0.0
0.2
0.4
0.6
Spessore (mm)
0.8
1.0
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
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