COME INNOVARE CON I MATERIALI INNOVATIVI:
MATERIALI E METODOLOGIE PER LO SVILUPPO PRODOTTO
Marina di Carrara 22 ottobre 2009
METODOLOGIA DI SVILUPPO DI
COMPONENTI STRUTTURALI IN
MATERIALE COMPOSITO
Marino Quaresimin
Dipartimento di Tecnica e Gestione dei sistemi industriali
Università di Padova
[email protected]
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Fasi di sviluppo prodotto
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Analisi soluzione esistente o delle specifiche del nuovo prodotto
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Validazione
Definizione geometria preliminare
Individuazione del sistema fibra/matrice
Scelta del processo
Analisi accurata delle zone di collegamento
Caratterizzazione materiali, giunzioni e sottostrutture
Modellazione ad elementi finiti , definizione configurazione di
progetto e successiva ottimizzazione
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Scelta del sistema
fibra/matrice
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Da fare sulla base dei requisiti generali e delle prestazioni
attese dal componente (resistenza e/o rigidezza)
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Matrice: in funzione principalmente delle condizioni “ambientali
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Fibra: rigidezza (spesso carbonio) o resistenza (anche vetro..)
I limiti in termini di proprietà elastiche (20-25 GPa per vetro e
indicativamente 8-100 GPa con carbonio), possono essere
superati lavorando sulla geometria
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Zone di collegamento
(giunzioni e inserti)
Rappresentano spesso le zone più critiche del componente!
Nel caso di collegamenti incollati, adeguatamente progettati è possibile
arrivare al cedimento del laminato nel caso di sollecitazioni cicliche
questo non succede MAI, la rottura è sempre controllata dall’adesivo..
In presenza di carichi ciclici si possono avere notevoli riduzioni della
capacità portante del laminato
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Esempi di cedimento di
giunzioni incollate
statica
fatica
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Caratterizzazione materiali
giunzioni e sottostrutture
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La caratterizzazione a resistenza indispensabile per
previsioni di resistenza affidabili , la caratterizzazione
elastica per sviluppare modelli ad elementi finiti realistici!
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Caratterizzazione zone di collegamento fondamentale per i
componenti strutturali
•
Problematiche particolari: resistenza interlaminare, a fatica
e ad impatto
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Modellazione ad
elementi finiti
•
È importante per poter fare prototipazione “virtuale” e
analizzare svariate soluzioni in termini di geometria e
materiali impiegati
•
Consente di ottimizzare il comportamento della soluzione
prescelta e di minimizzare l’impiego di materiali “pregiati”
(e costosi..!)
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DEVE essere supportata da dati affidabili sui materiali..
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Anche nel caso di modelli semplificati devono essere
incluse tutte le features proprie del prodotto.
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Esempio
Quaresimin M., Meneghetti G. and Verardo F.
Design and optimisation of a RTM composite bicycle crank, Journal of
Reinforced Plastic and Composites 2001, 20 (2) pp.129-146
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Elementi solidi
ortotropi layered
(pelli in composito)
Strato di
adesivo
Inserti in lega
di alluminio
Elementi solidi isotropi (schiuma)
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Aspetti particolari
4PB
Shell
Strain gauges
Solid
Strain gauges
Quaresimin M., Michelazzo L., Numerical modelling and experimental
analysis of composite sandwich structures, Ansys Conference and Users'
Meeting 2002 - Vol.I pp. 111-124, September 2002, Bergamo-Italy
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