Riassunto analitico
Questa tesi tratta le giunzioni incollate strutturali, la loro caratterizzazione sperimentale e modellazione. Gli adesivi strutturali incrementano la resistenza delle giunzioni meccaniche, permettono di progettare strutture più leggere a parità di resistenza, assicurano la tenuta, evitano la concentrazione degli sforzi e gli inneschi di cricca, e permettono la giunzione tra materiali diversi (e.g. metallo-non metallo).
Una particolare tipologia di adesivi è rappresentata dagli anaerobici, che vengono utilizzati per rafforzare interfacce ibride soggette a pressione (e.g. bulloni, accoppiamenti per interferenza).
Il principale limite delle giunzioni incollate strutturali è la mancanza di metodologie di calcolo semplici, affidabili ed accurate che possano essere disponibili ai progettisti.
La prima parte di questa tesi illustra una sistematica campagna sperimentale fino a completa rottura, in campo statico, di interfacce ibride soggette ad attrito per effetto della pressione di contatto e rinforzate tramite adesivi anaerobici. Il risultato è un modello di coesione-attrito capace di descrivere la risposta a taglio di una specifica interfaccia in funzione della pressione di contatto.
In collaborazione con l’Università di Messina, è stata portata aventi una indagine aggiuntiva sulle giunzioni ibride, focalizzata sulla risposta a taglio dell’adeisvo quando è soggetto ad alte pressioni, prossime a quelle di snervamento degli aderendi.
Sulla base della risposta statica, la seconda parte della tesi tratta, per la stessa tipologia di interfacce ibride, una campagna sperimentale preliminare nel campo della fatica torsionale, con particolare attenzione alla fatica a basso numero di cicli.
La terza parte della tesi riguarda la caratterizzazione a taglio di incollaggi strutturali tra materiali diversi in applicazioni industriali.
In collaborazione con Tellure Rôta S.p.A. (Formigine, MO, Italia), un’azienda specializzata in ruote industriali, sono stati progettati e collaudati sperimentalmente due provini (uno a trazione e uno a torsione), nel caso di giunzioni metallo-poliuretano, incollate tramite adesivo a solvente. I risulati dimostrano l’applicabilità dei provini, che sono semplici da realizzare, per la caratterizzazione di giunzioni incollate metallo-eastomero.
Nello stesso contesto, sempre in collaborazione con Tellure Rôta S.p.A., i provini a trazione sono stati impegati per una nuova campagna sperimetale. Lo scopo era investifìgare come cambiano le proprietà meccaniche delle giunzioni incollate in funzione di differenti combinazioni di trattamenti superficiali, condizionamento dell’adesivo e temperatura operativa. I ridultati finali permettono di stabilire le migliori combinazioni di parametri tecnici che dovrebbero essere adottati per ottenere delle proprietà termomeccaniche prefissate.
In collaborazione con Novellini SpA (Romanore, MN, Italia), un’ azienda specializzata in forniture per docce e vasche da bagno, è stato progettato apparato di test allo scopo di testare la resistenza a taglio di giunzioni metallo-vetro, incollate tramite adesivi UV, impiegate nelle cerniere dei box doccia.
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Abstract
This thesis discusses structural bonded joints and their experimental characterization and modelling.
Structural adhesives increase the strength of mechanical joints, allow to design lightweight structures by keeping the same strength, ensure sealing, avoid stress concentrations and crack initiations and allow joining between different materials (e.g. metallic-non metallic).
A particular type of adhesives is represented by the anaerobics, which are used to strengthen pressure reinforced hybrid interfaces , e.g. bolts and interference fits.
The main limitation of structural bonded joints is the lack of simple, reliable and accurate calculation methods which could be available to industrial designers.
The first part of the thesis concerns a systematic experimental test campaign, in the static field, up to complete failure of friction-bonded hybrid interfaces, reinforced by anaerobic adhesives.
The result is a cohesive-friction model able to describe the shear strength response of a specific interface in function of the contact pressure. In partnership with the University of Messina, an additional investigation dealing with hybrid bonded joints was focused on shear strength of the adhesive when subject to high pressure, close to the yielding pressure of the adherends.
On the basis of the static response, the second part of the thesis concerns a preliminary test campaign in torsional fatigue field for the same type of hybrid interface, with particular focus on low cycles fatigue life.
The third part of the thesis concerns the shear strength characterization of structural joints between different materials in industrial applications.
In partnership with Tellure Rôta S.p.A. (Formigine, MO, Italy), a company specialized in industrial wheels, two innovative specimens (a tensile and a torsional one) were purposely designed and experimentally assessed in the case of metal-elastomeric polyurethane bonded joints with a solvent-based adhesive. The results prove the applicability of the specimens, which are simple to manufacture, for the characterization of metal/elastomer bonded joints.
In the same context, always in partnership with Tellure Rôta S.p.A., tensile specimens were used for a new experimental campaign. The aim was to investigate how the mechanical properties of bonded joints change in dependence on different combinations of surface treatments, adhesive conditioning, type of adhesive and test temperature. Final results allow to establish the best combinations of technical parameters which should be adopted in order to obtain a prefixed set of thermomechanical properties.
In partnership with Novellini SpA (Romanore, MN, Italy), a company specialized in bathroom furnishing, a test apparatus was designed with the aim to test shear strength of metal-glass bonded joints with UV adhesives, used in shower enclosures.
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