Demotech, Schio 13 settembre 2010
Programma di monitoraggio dello stato della
ricerca universitaria in Veneto in tema di
materiali compositi a matrice polimerica
Marino Quaresimin
Dipartimento di Tecnica e Gestione dei sistemi industriali - Università di Padova
crack angle[degrees]
100
80
60
40
20
0
0
M.Quaresimin - Monitoraggio della ricerca universitaria in Veneto sui materiali compositi
λ12 = 0
λ12 = 0.5
λ12 = 1
λ12 = 1.5
2α
50000
100000
150000
1/67
cycles of crack propagation, Np
Sommario
• Introduzione (motivazioni, caratteristiche dei materiali e
dei processi)
• Principali “attori” e gruppi di lavoro (caratteristiche e
competenze)
• Qualche esempio di ricerca applicata di successo
M.Quaresimin - Monitoraggio della ricerca universitaria in Veneto sui materiali compositi
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I materiali compositi a matrice polimerica
• MATERIALI COMPOSITI  prevedono la presenza di almeno
due fasi, combinate tra loro a livello microscopico, per fornire in
maniera sinergica proprietà ottimali e superiori a quelle dei singoli
costituenti
RINFORZO
MATRICE
Nanorinforzo
• MATRICE  POLIMERICA, METALLICA, CERAMICA
• RINFORZO  fibre (lunghe o corte), particolati, sfere, altro
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Compositi a rinforzo fibroso
Il rinforzo è sotto forma di filamento sottile (proprietà molto più elevate!)
Si possono realizzare:
• compositi a fibre continue (random o con orient. preferenziale, UD o
tessute)
• compositi a fibre corte (random o con orient. preferenziale)
• compositi a fibre miste
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Architettura rinforzo
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Influenza del processo….
Superficie
esterna
Superficie
interna
500 µm
Orientazione effettiva delle fibre, ma anche presenza di micro-vuoti,
zone ricche di resina, stress residui..…
Le proprietà finali possono essere (molto) diverse da quelle attese……
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Matrici
Ci sono numerose tipologie di polimeri che possono essere utilizzati
come matrici per compositi polimerici, sia di tipo termoindurenti
(compositi avanzati) sia termoplastici (compositi industriali)
Estesa analisi sul tema presentata dal prof. Michele Modesti sempre
nell’ambito del progetto Flame
La matrice può essere modificata per migliorarne le proprietà (ad
esempio con nanocariche)
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Fibre di rinforzo
• Fibre di Vetro
• Fibre di carbonio
• Fibre aramidiche (Kevlar, Twaron..)
• Fibre di basalto
• Fibre Naturali (lino, canapa, bamboo, cocco, seta…)
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Nanocariche
• Nanotubi di carbonio 1D
• Silicati stratificati (nanoclays) 2D
• Ossidi 3D
Sono molto importanti per migliorare le caratteristiche della matrice
in particolare quelle fuori piano , aumentando in maniera sinergica
altre proprietà chimico fisiche
(ottiche, elettriche, magnetiche, tribologiche…)
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Matrici nanomodificate e compositi laminati
M. Quaresimin, M.Salviato and M. Zappalorto, Strategies for the
assessment of nanocomposite mechanical properties, to appear
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Compositi avanzati ed industriali
COMPOSITI AVANZATI: rinforzo a fibra lunga unidirezionale o
orientata (tipicamente carbonio), matrici termoindurenti, prestazioni
confrontabili con materiali da costruzione (acciaio, lega di alluminio,..),
costi medio alti, tempi di processo a volte elevati (ore..)
COMPOSITI INDUSTRIALI: rinforzo con fibre corte (tipicamente
vetro), matrici termoplastiche, prestazioni migliorative rispetto al
polimero di base, costi bassi, tempi di processo molto rapidi (pochi
minuti)
.
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Processi
Autoclave, RTM, infusione
stampaggio a compressione
stampaggio ad iniezione
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Stampaggio in autoclave
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RTM Resin Tranfer Moulding
Pompa
Testa di
miscelazione
Sfiato
PREFORMA
STAMPO
(chiusura  prima dell’iniezione)
Catalizzatore
Resina
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Infusione
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Stampaggio a compressione
pistone
Interno
riscaldato
Piastra superiore, mobile,
della pressa
Stampo
femmina
Carica di
semilavorato
Stampo
maschio
Piastra
inferiore, fissa,
della pressa
(adattato da: Analysis and performance of fiber composites, Agarwal & Broutman , Wiley)
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Stampaggio ad iniezione
Pellets di mat.composito
stampo
Unità di iniezione
Compositi termoplastici a fibre corte
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Ricerca Universitaria (Veneto)
Sedi universitarie venete che svolgono attivita’ di ricerca nell’ambito
dei materiali compositi:
per applicazioni in ambito industriale
Università di Padova
Gruppo di Polymer and Composite Processing diretto dal Prof. Paolo
Bariani (DIMEG)
Gruppo Ingegneria dei Polimeri diretto dal Prof. Michele Modesti (DPCI)
Gruppo Materiali Compositi diretto dal Prof. Marino Quaresimin (DTG)
per applicazioni in ambito civile ed architettura
Università di Padova
Gruppo Compositi per il rinforzo e restauro di edifici e infrastrutture diretto
dal Prof. Claudio Modena (DCT)
Università IUAV di Venezia
Gruppo strutture in composito diretto dal Prof. Salvatore Russo
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Ricerca Universitaria (Nord-Est)
Sedi universitarie del nord‐est che svolgono attivita’ di ricerca
nell’ambito dei materiali compositi:
Università di Trento
Gruppo Polimeri e Compositi diretto dal Prof Amabile Penati (DIMTI)
Centro Interdipartimentale Tecnologie Biomediche diretto dal Prof Claudio
Migliaresi (DIMTI)
Università di Trieste
Gruppo di Molecular Simulation Engineering dal Prof. Maurizio Fermeglia
Gruppo di Costruzione di Macchine diretto dalla Prof. Francesca Cosmi
M.Quaresimin - Monitoraggio della ricerca universitaria in Veneto sui materiali compositi
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Sinergie in ambito Università di Padova - I
I gruppi coordinati dai proff. Bariani, Modesti e Quaresimin rappresentano di
fatto
unità
di
ricerca
sinergiche
con
competenze
che
vanno
dalla
ingegnerizzazione del materiale (Modesti), all'ingegnerizzazione del processo
(Bariani) per chiudersi poi nella fase di progettazione e sviluppo prodotto
(Quaresimin).
Le attività dei tre gruppi padovani si integrano poi in maniera efficace con i
laboratori di VENETONANOTECH il Distretto Veneto delle Nanotecnologie
(Nanofab e il costituendo NanoComp) in relazione alle attività su nanocompositi
a matrice polimerica.
M.Quaresimin - Monitoraggio della ricerca universitaria in Veneto sui materiali compositi
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Sinergie in ambito Università di Padova - II
NanoComp
Dipartimento di Tecnica e Gestione dei sistemi
industriali (Università Degli Studi di Padova)
Ubicazione – Vicenza
Ubicazione – Vicenza
Attività – sviluppo di nuovi
Attività – progettazione, testing e sviluppo di prodotto
materiali nanocompositi a
Risorse – 4 ricercatori
matrice polimerica,
caratterizzazione di
nanocompositi sviluppati,
nanoComp
Ingegneria dei Polimeri
integrazione dell’utilizzo dei
Dip. di Processi Chimici dell’Ingegneria
nanocompositi nei settori dei
Ingegneria (Università degli Studi di Padova)
materiali plastici, servizi di
dei Polimeri
consulenza e formazione di
Ubicazione – Padova
(UniPD)
personale specialistico
Attività – sviluppo e sperimentazione di
Risorse – 2 ricercatori
nuovi materiali polimerici
TE.SI.
VI
(UniPD)
TE.SI Lab. per le Tecnologie e i Sistemi di
Lavorazione delle Materie Plastiche
Dip. di Innovazione Meccanica e Gestionale
(Università degli Studi di Padova)
Ubicazione – Rovigo
Attività – ingegnerizzazione del materiale e del
processo di produzione
Risorse – 10 ricercatori
PD
V
E
Civen /
RO
Nanofab
Civen/Nanofab
Ubicazione – Marghera
Attività – progettazione
e
sintesi
nanostrutturati e degli intermedi polimerici
Risorse – 5 ricercatori
M.Quaresimin - Monitoraggio della ricerca universitaria in Veneto sui materiali compositi
21
21/67
di
materiali
NanoComp
NanoComp è un centro di competenze per lo studio, lo sviluppo e l’applicazione di
nanocompositi a matrice polimerica in fase di sviluppo presso sede di Vicenza
dell’Università di Padova
NanoComp costituisce l’elemento di collegamento tra gli ambienti della ricerca scientifica e
dell’applicazione industriale, sviluppando nuovi materiali, caratterizzando quelli esistenti e realizzando
metodologie integrate di produzione e progettazione per componenti in materiale composito nanomodificato.
Si pone in maniera sinergica e complementare ad altre attività di ricerca nel campo dei materiali plastici
condotte nell’ambito del Distretto collaborando con Civen e Nanofab e sviluppando attività di ricerca
congiunte con i centri dell’Università di Padova.
Si focalizza sui seguenti obiettivi:
 sviluppare programmi di ricerca applicata in collaborazione con le aziende;
 realizzare attività di trasferimento tecnologico trasferendo competenze e conoscenze alle aziende;
 fornire supporto alle aziende per l’analisi, lo sviluppo e la realizzazione di prodotti in
nanocomposito.
M.Quaresimin - Monitoraggio della ricerca universitaria in Veneto sui materiali compositi
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Università di Padova
Gruppo di Polymer and Composite Processing
Prof. Paolo Bariani
(Dipartimento di Innovazione Meccanica e Gestionale)
M.Quaresimin - Monitoraggio della ricerca universitaria in Veneto sui materiali compositi
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Gruppo di Polymer and Composite Processing
Composizione:
Paolo F. Bariani, professore ordinario presso l’Università di Padova
Enrico Savio, professore associato confermato presso Università di Padova
Stefania Bruschi, professore associato confermato presso Università Trento
Giovanni Lucchetta, ricercatore confermato presso l’Università di Padova
Simone Carmignato, ricercatore confermato presso l’Università di Padova
Andrea Ghiotti, ricercatore confermato presso l’Università di Padova
Dottorandi
M.Quaresimin - Monitoraggio della ricerca universitaria in Veneto sui materiali compositi
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Gruppo di Polymer and Composite Processing
Principali tematiche di ricerca:
• tecnologie e sistemi di micro-formatura per fabbricazione di micro-componenti e di
microsistemi elettromeccanici (MEMS) con materiali diversi dal silicio;
• fabbricazione di macrocompositi ad elevate prestazioni funzionali e/o estetiche,
• tecnologie di monitoraggio e controllo qualità integrate direttamente sui sistemi di
lavorazione;
• tecnologie e sistemi per la formatura di compositi avanzati a matrice termoplastica;
• nuove tecnologie e nuovi sistemi di formatura caratterizzati da elevata flessibilità ed
efficienza energetica;
• nuovi approcci multi-scale, multi-physic e multi-object per lo studio, la simulazione
numerica e fisica e il total virtual prototyping dei processi e dei sistemi per la formatura di
polimeri e di compositi;
• nuovi ambienti per il progetto integrato del prodotto, del processo e del sistema produttivo,
con particolare attenzione alla sostenibilità ambientale e alla gestione del fine-vita del
prodotto.
M.Quaresimin - Monitoraggio della ricerca universitaria in Veneto sui materiali compositi
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Gruppo di Polymer and Composite Processing
Attrezzature disponibili - I
Polymer processing:
• Micro injection molding machine (Battenfeld MicroPower 15)
• All‐electric injection moulding machine (Engel E‐motion 440/100)
• Lab single‐screw extruder (HAAKE PolyLab OS)
Material characterization:
• Rotational rheometer (TA Instruments ARES)
• Twin‐bore capillary rheometer (CEAST RHEO 2500)
• Universal testing machine with environmental chamber (MTS)
• Optical 3D extensometer (GOM ARAMIS)
• Split Hopkinson pressure bar
• Charpy pendulum (CEAST Resil Impactor)
M.Quaresimin - Monitoraggio della ricerca universitaria in Veneto sui materiali compositi
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Gruppo di Polymer and Composite Processing
Attrezzature disponibili - II
Tooling:
• Micro EDM milling machine (Sarix SX‐200)
• 5 axis ultraprecision diamond machining system (Kugler Micromaster 5X)
Geometrical metrology:
• Multisensor measuring machine WERTH Video Check IP 400
• Coordinate measuring machine ZEISS Prismo VAST 7
• Dual core 3D measuring microscope that combines confocal and interferometry
technology (Leica DCM 3D)
• 3D laser triangulation scanner 3Shape D‐250
• Digital roughness tester ZEISS‐TSK Surfcom 1400A
• Atomic force microscope (AFM) DME Dualscope 95‐200
M.Quaresimin - Monitoraggio della ricerca universitaria in Veneto sui materiali compositi
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Esempi di collaborazioni di eccellenza - I
Progetto AITEC - Innovazione dei sistemi di iniezione a canali caldi
(2003-2004), in collaborazione con INGLASS SpA.
L’unità di ricerca ha condotto un’estesa campagna sperimentale che
ha permesso di modellare numericamente il fenomeno di rottura
delle fibre di rinforzo per polimeri termoplastici caricati con fibre
lunghe processati mediante canali caldi.
I risultati hanno permesso all’azienda di progettare e realizzare un
modello specifico di sistema a canali caldi dalle elevate
prestazioni in termini di lunghezza residua delle fibre di rinforzo
M.Quaresimin - Monitoraggio della ricerca universitaria in Veneto sui materiali compositi
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Esempi di collaborazioni di eccellenza - II
Progetto PLASTOMET, in collaborazione con PLASTAL SpA.
L’unità di ricerca ha condotto un’estesa campagna sperimentale che
ha permesso di modellare numericamente un nuovo processo di
formatura di macrocompositi costituiti da uno strato estetico di
lamiera ed un supporto funzionale di plastica rinforzata.
I risultati hanno permesso all’azienda di implementare un processo
innovativo di formatura simultanea dei due materiali: l’iniezione
e la successiva compressione del termoplastico rinforzato
provocano la simultanea formatura della lamiera che si incolla al
supporto termoplastico, grazie ad uno strato adesivo applicato in
precedenza e attivato a contatto con il polimero fuso.
M.Quaresimin - Monitoraggio della ricerca universitaria in Veneto sui materiali compositi
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Università di Padova
Gruppo Ingegneria dei Polimeri
Prof. Michele Modesti
(Dipartimento di Processi Chimici dell’Ingegneria)
Il gruppo è già stato presentato
in occasione del precedente incontro
M.Quaresimin - Monitoraggio della ricerca universitaria in Veneto sui materiali compositi
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Università di Padova
Gruppo Materiali Compositi
Prof. Marino Quaresimin
(Dipartimento di Tecnica e Gestione dei sistemi industriali)
M.Quaresimin - Monitoraggio della ricerca universitaria in Veneto sui materiali compositi
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Gruppo Materiali Compositi
Composizione:
•
•
•
•
•
•
•
Marino Quaresimin (Professore Ordinario di Costruzione di Macchine)
Michele Zappalorto, (Ricercatore di Costruzione di Macchine)
Mauro Ricotta (Ricercatore di Costruzione di Macchine c/o DIM)
Paolo Carraro, (Dottorando)
Marco Salviato (Dottorando)
Nicola De Rossi, (Tecnico di Laboratorio)
Aldo Dalla Via (Tecnico di Laboratorio)
M.Quaresimin - Monitoraggio della ricerca universitaria in Veneto sui materiali compositi
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Gruppo Materiali Compositi
Attività di ricerca:
L’attività di ricerca del gruppo è finalizzata alla definizione di metodologie di
analisi strutturale, di previsione della vita a fatica e della resistenza ad
impatto.
Con riferimento all'innovazione di prodotto, l'attività di ricerca pone particolare
attenzione alla messa a punto di metodologie di sviluppo prodotto in grado
di integrare problematiche di processo, costi e prestazioni .
Tra le attività di trasferimento tecnologico, oltre ai contratti di ricerca applicata,
va ricordata una specifica l'attività di formazione avanzata sviluppata
Il gruppo ha il coordinamento scientifico del centro ricerche Nanocomp e la
vicepresidenza della Società Europea sui Materiali Compositi
L’attività è svolta in collaborazione con numerosi centri internazionali
(Texas A&M, CSIRO, Risoe DTU, Lulea,TUHH)
M.Quaresimin - Monitoraggio della ricerca universitaria in Veneto sui materiali compositi
33/67
Gruppo Materiali Compositi
Principali tematiche di ricerca - I
• Metodologie di sviluppo prodotto ed ottimizzazione di componenti
strutturali in materiale composito
• Comportamento a fatica e metodologie di progettazione di compositi
avanzati in presenza di intagli e/o sollecitazioni multiassiali
• Comportamento a fatica e metodologie di progettazione di compositi a fibra
corta per applicazioni automobilistiche in presenza di intagli, sollecitazioni
multiassiali, carichi termomeccanici.
• Sviluppo ed analisi delle prestazioni strutturali di nanocompositi bifasici
(resine termoindurenti nanomodificate) e trifasici (compositi a fibra lunga e
matrice nanomodificata) (centro Nanocomp)
• Comportamento a fatica e metodologie di progettazione per giunzioni
incollate in materiale composito.
M.Quaresimin - Monitoraggio della ricerca universitaria in Veneto sui materiali compositi
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Gruppo Materiali Compositi
Principali tematiche di ricerca – I
• Metodologie di progettazione ad impatto (assorbimento energetico) per
compositi laminati e strutture sandwich
• Analisi delle prestazioni strutturali di compositi realizzati mediante tecniche
innovative (infusione, TFP , preforming, stampaggio a compressione),
valutazione influenza del processo sulle prestazioni strutturali
• Applicazione di tecniche di analisi non distruttiva per componenti in
materiale composito (analisi del danneggiamento e verifica integrità ai fini
strutturali, controllo di processo )
• Applicazione di tecniche termografiche all'infrarosso per la previsione della
fatica ad alto numero di cicli di compositi laminati
M.Quaresimin - Monitoraggio della ricerca universitaria in Veneto sui materiali compositi
35/67
Fatica multiassiale
transverse stress on 90
plies [MPa]
: TUT tubes
dashed lines: UD tubes
50
P
λ12 = 0
λ12 = 1
λ12 = 2
λ12
5
100
1000
10000
100000
1000000
10000000
number of cycles, N
M
τrz [MPa]
40
experiments [1]
present model prediction
35
100
crack angle[degrees]
30
25
20
y
15
r
σ
θ
x
10
τ
z
5
0
0
80
60
40
20
0
0
M.Quaresimin - Monitoraggio della ricerca
universitaria in Veneto sui materiali compositi
σ [MPa]
10
20
30
40
r
50
λ12
λ12 = 0
λ12 = 0.5
λ12 = 1
λ12 = 1.5
2α
50000
100000
150000
36/67
cycles of crack propagation, Np
Giunzioni incollate
M.Quaresimin - Monitoraggio della ricerca universitaria in Veneto sui materiali compositi
37/67
Analisi del danneggiamento
M.Quaresimin - Monitoraggio della ricerca universitaria in Veneto sui materiali compositi
38/67
Gruppo Materiali Compositi
Attrezzature disponibili
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Macchina di prova a fatica assiale-torsionale MTS 809 (100 kN/1100 Nm)
Macchina di prova a fatica assiale MTS 810 250 kN
Macchina di prova a fatica assiale MTS 858 25 kN
Torre di caduta per prove di impatto in temperatura (1-600J, -100º C/+150ºC)
Banco prova con due attuatori idraulici indipendenti (+-20kN, +-150 mm)
Impianto sperimentale per infusione di componenti in materiale composito
centraline da laboratorio per misure estensimetriche HBM DMC-PLUS (10 canali - 10kHz per
canale) e SPIDER 8 ( 8 canali - 1 kHz per canale)
Sistema a ultrasuoni PANAMETRICS per C-scan ply-by-ply
Sistema radiografico digitale RX BOSELLO con microfuoco per analisi danneggiamento
Termocamere a raggi infrarossi FLIR SC7600 (0ºC + 1500 ºC, ris. 20 mK) e FLIR 550 (-20ºC
+ 1500ºC )
Stereoscopio e microscopio ottico con acquisizione digitale
Microscopio elettronico a scansione con microsonda e ad emissione di campo
Codici di calcolo: ANSYS, PRO-ENGINEER/PRO-MECHANICA, STRAUS, MOLDFLOW
M.Quaresimin - Monitoraggio della ricerca universitaria in Veneto sui materiali compositi
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Laboratori
M.Quaresimin - Monitoraggio della ricerca universitaria in Veneto sui materiali compositi
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Gruppo Materiali Compositi
Prove eseguibili presso il laboratorio
• Prove statiche e a fatica a trazione/compressione (in controllo di carico, spostamento o
deformazione)
• Prove statiche e a fatica a torsione (in controllo di coppia, angolo o scorrimento)
• Prove statiche e a fatica multiassiali [su macchina di prova (trazione+torsione) e al banco]
• Prove statiche e a fatica su componente al banco (tipologie e modalità da definire)
• Prove a fatica con riproduzione carichi acquisiti in esercizio
• Prove statiche e a fatica a flessione (3 e 4 punti)
• Prove statiche e a fatica di meccanica della frattura in modo I, modo II, modo misto e taglio
interlaminare ILSS
• Prove di flessione, compressione e taglio su pannelli sandwich e relative anime
• Prove di resistenza ad impatto e assorbimento energetico (anche in temperatura)
• Analisi mediante termografia, radiografia X, ultrasuoni, microscopia ottica ed elettronica.
Il network di collaborazioni nazionali ed internazionali del gruppo di ricerca consente di individuare
in tempi estremamente rapidi laboratori, nazionali o esteri, in grado di eseguire praticamente qualsiasi
tipologia di prova su materiali compositi a matrice polimerica.
M.Quaresimin - Monitoraggio della ricerca universitaria in Veneto sui materiali compositi
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Collaborazioni Industriali
AGV, Angeloni Bitossi, Robert Bosch (D), Camattini Meccanica, Ceccato,
CIVEN, Compositex, Consorzio RFX, Dallara, DeltaTech, Ducati Corse,
Enginsoft, Fondazione Erone, Galileo Avionica, Inglesina Baby,
Italmanubri, Lange, Magrini Galileo, Manfrotto, Mavet, MiltonRoySovimp, Omega, OZ, Palladio Sviluppo, PRC, Selle Royal, SIPA, SITA,
Soteco, Technogel.
M.Quaresimin - Monitoraggio della ricerca universitaria in Veneto sui materiali compositi
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Esempi di collaborazioni di eccellenza - I
MAVET - AGV: Caratterizzazione avanzata delle prestazioni ad impatto di
compositi laminati e schiume polistireniche. Sviluppo di metodologia di
progettazione per le schiume ad assorbimento energetico con limiti di
accelerazione. Sviluppo parastinchi e parapolsi da sci con acquisizione carichi in
esercizio.
Azimut-Benetti (I): Messa a punto di metodologie di progettazione
strutturale con particolare riferimento alle giunzioni incollate.
Dallara : Caratterizzazione avanzata di materiali per applicazioni strutturali e
validazione modelli comportamentali
Robert Bosch GmbH : sviluppo di metodologie di progettazione per la risposta
strutturale di compositi a matrice termoplastica rinforzati con fibre corte in
presenza di carichi ciclici multiassiali o di carichi ciclici termomeccanici
Ronda HighTech (I): Sviluppo di una pedivella di alta gamma in materiale
composito a struttura sandwich (conceptual design, calcolo con integrazione
costi, sviluppo banco prova, prototipazione)
M.Quaresimin - Monitoraggio della ricerca universitaria in Veneto sui materiali compositi
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Pedivella in materiale composito
catena
d1
d2
FV b
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,
M.Quaresimin - Monitoraggio della ricerca universitaria in Veneto sui materiali compositi
44/67
Metodologie di progettazione per SFRP
Err= +200%
Caratterizzazione sperimentale, sviluppo di attrezzature di prova speciali e
sviluppo di modelli comportamentali per condizioni di esercizio severe
(carichi ciclici multiassiali e termomeccanici)
instantaneous approach, R= 0
108
RT:
Err= -200%
Tension
Torsion
Tension+Torsion, λS,n=1, δS= 0°
Tension+Torsion, λS,n=1, δS= 90°
Tension+Torsion, λS,n=1/3, δS= 0°
107
Nexperimental [cycles]
Err= 0%
106
safe
105
unsafe
104
T=130°C:
Tension
Torsion
Tension+Torsion, λS,n=1, δS= 0°
Tension+Torsion, λS,n=1, δS= 90°
3
10
102
102
103
104
105
106
NT-H model [cycles]
107
1
2
2
 σ (t )  2 σ (t )σ
σ 2,ep (t )   τ 12,ep (t )   2
1,ep
2,ep (t ) 
1,ep








F (t ) =
−
+
+
 σ (N, R,T ) 
τ
 
 σ 1,u (N, R,T ) 
N
R
T
(
,
;
)
σ 12,u (N, R,T )
 2,u

 12,u
 

108 De Monte M., Moosbrugger E., Jaschek K., Quaresimin M. Multiaxial
fatigue of a short glass fibre reinforced polyamide 6.6 - fatigue and
fracture behaviour, International Journal of Fatigue, vol. 32 no.1
(2010) pp. 17–28
M.Quaresimin - Monitoraggio della ricerca universitaria in Veneto sui materiali compositi
45/67
Attività formativa
Il gruppo Materiali Compositi svolge attività formativa
istituzionale nell’ambito del corso di laurea magistrale in
Ingegneria dell’Innovazione del Prodotto (Progettazione con i
materiali compositi).
Nell’ambito del corso e della nuova scuola di dottorato sono attive
collaborazioni con i maggiori centri di ricerca mondiali, dove i
nostri studenti passano dei periodi per lo svolgimento di attività di
ricerca.
Il gruppo Materiali Compositi ospita con frequenza studenti e
ricercatori stranieri per attività di formazione e ricerca
M.Quaresimin - Monitoraggio della ricerca universitaria in Veneto sui materiali compositi
46/67
ECCM15
15a Conferenza europea sui materiali compositi
Sede: Palazzo del cinema, Lido di Venezia
Data: 24-28 giugno 2012
Sito: WWW.ECCM15.ORG
M.Quaresimin - Monitoraggio della ricerca universitaria in Veneto sui materiali compositi
47/67
Università di Padova
Gruppo Compositi per il rinforzo e restauro di edifici e
infrastrutture
Prof. Claudio Modena
(Dipartimento di Costruzioni e Trasporti)
M.Quaresimin - Monitoraggio della ricerca universitaria in Veneto sui materiali compositi
48/67
Gruppo Compositi per il rinforzo e restauro di
edifici e infrastrutture
Composizione:
Claudio Modena, professore ordinario
Maria Rosa Valluzzi, ricercatore confermato
Carlo Pellegrino, ricercatore confermato
Francesca da Porto, ricercatore confermato
Enrico Garbin, Giovanni Guidi, Matteo Panizza post-doc
Dottorandi
M.Quaresimin - Monitoraggio della ricerca universitaria in Veneto sui materiali compositi
49/67
Gruppo Compositi per il rinforzo e restauro di
edifici e infrastrutture
Principali tematiche di ricerca:
Applicazioni su calcestruzzo armato:
• Rinforzo a flessione e a taglio di travi in calcestruzzo armato mediante laminati pultrusi o
tessuti applicati esternamente, (CFRP)
• Confinamento di colonne in calcestruzzo armato mediante fasciatura con tessuti applicati
esternamente (CFRP a matrice epossidica)
Applicazioni su strutture murarie:
• Rinforzo estradossale e intradossale di archi e volte a botte, in muratura di mattoni pieni,
rinforzati con tessuti applicati esternamente, in (CFRP) o (GFRP)
• Rinforzo a taglio di pannelli, in muratura di mattoni pieni, mediante tessuti applicati
esternamente costituiti da CFRP, GFRP e Polivinilalcohol (PVA) a matrice epossidica)
• Rinforzo di giunti di malta in muratura di mattoni pieni mediante piattine pultruse, in fibra
di carbonio, inserite superficialmente – tecnica di confinamento leggero nota come
ristilatura armata (Structural Repointing o Bed Joint Reinforcement)
• Rinforzo a flessione di pannelli murari, realizzati con blocchi forati da tamponamento,
mediante applicazione di compositi a matrice epossidica (CFRP, BFRP, SRP) e inorganica
(fibre di acciaio in malta cementizia, rete in fibra di vetro o in fibra di basalto)
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Gruppo Compositi per il rinforzo e restauro di
edifici e infrastrutture
Principali tematiche di ricerca:
Applicazioni su strutture lignee:
• Rinforzo a flessione di travi in legno mediante tessuti (CFRP a matrice epossidica)
• Irrigidimento nel piano di solai lignei per il miglioramento del comportamento sotto azioni
sismiche, con (CFRP, SRP, HNFRP) e fibre di canapa a matrice vinilica.
Indagini locali:
• Adesione di laminati e tessuti applicati su calcestruzzo o su mattoni pieni e murature con
giunti di malta
• Selezione preliminare di matrici inorganiche, a base cementizia e di calce per nuovi compositi
in fibra di acciaio (Steel Reinforced Grout – SRG) o in reti in fibra di basalto
• Selezione di matrici non epossidiche e di fibre per compositi di fibre naturali per legno
Durabilità del sistema supporto+rinforzo:
• Indagine dell’influenza dell’umidità del supporto al momento dell’applicazione del rinforzo e
del comportamento di tessuti applicati esternamente con matrice epossidica (CFRP) su
muratura in mattoni pieni, soggetta a cicli termici e prove di cristallizzazione salina
• Indagini sulla durabilità di compositi a matrice epossidica (CFRP e GFRP) e compositi in
fibre naturali a matrice vinilica applicati su legno
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Gruppo Compositi per il rinforzo e restauro di
edifici e infrastrutture
Attività in ambito normativo
Presidenza di due commissioni tecniche RILEM (International union of
laboratories and experts in construction materials, systems and structures)
TC 223-MSC – Masonry Strengthening with Composite materials
Chair: Dr. Maria Rosa VALLUZZI (University of Padua)
Attività iniziate nel 2007
TC 234-DUC – Design procedures for the use of composites in strengthening of
reinforced concrete structures
Chair: Dr. Carlo PELLEGRINO (University of Padua)
Attività iniziate nel 2009
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Università IUAV di Venezia
Gruppo Strutture in Composito
Prof. Salvatore Russo
(Facoltà di architettura)
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Gruppo Strutture in Composito
Composizione:
• Prof. Ing. Arch. Salvatore Russo - Università IUAV di Venezia
• Dr. Giosuè Boscato - Università IUAV di Venezia
• Ing. Alessandro Adilardi - Università IUAV di Venezia
• Prof. J. T. Mottram - Università di Warwick (UK)
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Gruppo Strutture in Composito
Attività di ricerca:
• Definizione dei campi di utilizzo dei materiali compositi a matrice
polimerica come rinforzo ed elementi strutturali per l’ingegneria civile.
Le ricerche sono finalizzate a codificare le conoscenze acquisite per
definire gli strumenti a supporto della nuova concezione strutturale.
• Definizione di adeguati modelli di calcolo per l’ottimizzazione
strutturale della configurazione geometrica, degli elementi FRP e dei
nodi di collegamento di sistemi complessi, soggetti ad azioni statiche e
dinamiche, al fine di massimizzare l’efficienza prestazionale propria del
materiale composito a matrice polimerica.
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Gruppo Gruppo Strutture in Composito
Tematiche di ricerca e progetti in corso
•Definizione dei parametri dinamici, modi propri di vibrare, frequenze e coefficiente
di smorzamento delle strutture in composito con giunti imbullonati;
•Incidenza della diversa rigidezza rotazionale dei collegamenti imbullonati sulla
risposta dinamica delle strutture in composito;
•Durabilità rispetto agli agenti atmosferici e al diretto contatto con il calcestruzzo per
la realizzazione di sezioni composte.
•Definizione dei coefficienti di sicurezza per il calcolo delle strutture in composito per
applicazioni soggette ad azioni statiche e dinamiche
•Controllo nel lungo periodo del degrado di rigidezza dei collegamenti imbullonati di
strutture in composito nelle condizioni di stato limite di esercizio
•Studio del comportamento di strutture sismo-resistenti in composito per
l’applicazione in strutture monumentali e/o contesti di interesse storico.
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Università di TRENTO
Laboratorio Polimeri e Compositi
(Prof A. Penati)
Centro Interdipartimentale Tecnologie Biomediche BIOTECH
(Prof C. Migliaresi)
Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e Tecnologie
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Università di Trento
Composizione:
Amabile Penati Professore Ordinario
Claudio Migliaresi Professore Ordinario
Alessandro Pegoretti Professore Associato
Luca Fambri Professore Associato
Stefano Siboni Professore Associato
Claudio Della Volpe Ricercatore
Antonella Motta Ricercatore
Alfredo Casagrande Tecnico di Laboratorio
Claudia Gavazza Tecnico di Laboratorio
Lorenzo Moschini Tecnico di Laboratorio
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Università di Trento
Principali tematiche di ricerca
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Progettazione, fabbricazione e caratterizzazione di materiali compositi
Reologia
Polimeri e compositi degradabili e biodegradabili
Interfacce e adesione in materiali compositi
Elettrospinning
Biomateriali e protesi
Materiali e procedimenti di ingegneria tessutale
Idrogeli
Bagnabilità e modifiche superficiali
Processi di filatura (melt spinning)
Poliammidi
Nanocompositi
Polimeri e compositi a memoria di forma
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Università di Trento
Attrezzature disponibili - I
Dinamometri per prove meccaniche a controllo elettromeccanico (INSTRON) e
servoidrualico (MTS) dotati di cella termostatica;
Pendolo strumentato per prove di impatto Charpy e tensile (CEAST);
Analizzatori dinamico-meccanici per fusi e solidi (Rheometrics, Polymer Lab, TA);
Calorimetri differenziali a scansione DSC, anche con modulazione (Mettler, TA);
Analisi termo gravimetrica TGA (Mettler), sistema di misura VICAT e della temperatura
di distorsione al calore (ATS-FAAR);
Apparecchiatura per determinazione Limit Oxygen Index (LOI);
Microscopio a forza atomica (NT-MDT) con modalita' di misura STM, MFM, EFM ed
AFAM;
Microscopi ottici (a contrasto di fase con fluorescenza, luce polarizzata, riflessione,
trasmissione);
Microscopio confocale
Spettro fotometro infrarossi ATR-FTIR (Perkin Elmer);
Plasma in radiofrequenza;
Analizzatore di angolo di contatto in condizioni dinamiche (bilancia di Wilhelmy) e
statiche;
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Università di Trento
Attrezzature disponibili – II
Cromatografia in fase gel (GPC) accessoriata con sistema per l'analisi di amminoacidi,
Viscosimetri Ubbelhode;
Light scattering
Estrusore monovite per estrusione-stiro di fibre (Friulfiliere);
Estrusore bi-vite (Haake);
Miscelatore discontinuo (Haake);
Pressa per stampaggio ad iniezione (Arburg);
Pressa a piani caldi (Carver);
Apparati per elettrospinning;
Macchina per l'avvolgimento filamentare;
Forni per trattamenti termici e sottovuoto; camere umido statiche; muffola;
Apparecchiature varie (liofilizzatore, centrifuga, piatti oscillanti,...);
Immunoblotting ed elettroforesi con densitometro per l'analisi dei gel;
Camera per colture cellulari;
Microscopio Elettronico a Scansione;
Disponibilità invecchiamento UV-A e UV-B.
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Collaborazioni Industriali
Tozzi Nord srl (pale eoliche: selezione materiali e progettazione)
Aquafil SpA (compounding poliammidi; processi di filatura)
New Cast Service srl (Rapid Prototyping SLS)
Elantas Camattini spa (comportamento a fatica di adesivi strutturali)
Luxottica spa (comportamento statico ed a fatica di giunti adesivi per titanio)
Fresenius (Materiali per filtri ematici)
Eurocoating (Geli iniettabili bioattivi)
UFI Innovation Center (nuovi materiali polimerici per sistemi di filtrazione)
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Università di Trieste
Gruppo di Molecular Simulation Engineering
(Prof. Maurizio Fermeglia)
Gruppo di Costruzione di Macchine
(Prof. Francesca Cosmi)
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Gruppo di Costruzione di Macchine
Attività di ricerca:
• Le ricerche attualmente in corso presso il Gruppo di Costruzione di
Macchine dell'Università di Trieste sono rivolte allo sviluppo di tecniche
sperimentali e metodi numerici per la modellazione di materiali di
struttura complessa, partendo da materiali di interesse industriale quali
compositi rinforzati con fibre corte e sinterizzati , per arrivare all’osso
trabecolare, con particolare riferimento allo studio del danneggiamento a
fatica.
• Va ricordato lo sviluppo e la messa a punto di tecniche di
microtomografia computerizzata (in collaborazione con Sincrotrone) per
l’analisi morfologica e del danno in compositi a rinforzo fibroso
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F. Cosmi, A. Bernasconi , N. Sodini , Phase contrast micro-tomography and morphological analysis of a short
carbon fibre reinforced polyamide, Composites Science and Technology 71 (2011) 23–30
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F. Cosmi, A. Bernasconi , N. Sodini , Phase contrast micro-tomography and morphological analysis of a short
carbon fibre reinforced polyamide, Composites Science and Technology 71 (2011) 23–30
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recapiti
Prof. Ing. Marino Quaresimin
Dipartimento di Tecnica e Gestione dei sistemi industriali
Università di Padova
Stradella S.Nicola 3 - 36100 VICENZA
TEL. 0444-998723 FAX 0444-998888
E-mail: [email protected]
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