Riassunto analitico
La produzione di componenti in materiale composito tramite compression molding, grazie ad un alto grado di automazione e cicli di cura brevi, potrebbe rappresentare un'alternativa più rapida ed economica rispetto al tradizionale processo manifatturiero in autoclave.
Tuttavia, durante tale processo si possono generare delle stramature nelle pelli che compongono il componente. Tali difetti potrebbero influire significativamente su rigidezza e resistenza del componente stesso, pertanto attualmente la produzione di componenti in materiale composito tramite compression molding è limitata ad applicazioni non strutturali.
E' possibile prevedere la formazione di stramature nel componente tramite simulazioni numeriche esplicite del processo produttivo. L'obiettivo di questa tesi è determinare un metodo per costruire un modello agli elementi finiti per l'analisi strutturale nel quale implementare le informazioni ottenute dalla simulazione di processo. In questo modo sarebbe possibile prevedere gli effetti delle stramature sulle performance dei componenti strutturali e, di conseguenza, dimensionare quest'ultimi opportunamente per la loro produzione tramite compression molding.
L'elaborato affronta la problematica partendo dalla definizione delle caratteristiche principali del modello strutturale. Successivamente viene trattato lo sviluppo di un metodo per l'implementazione delle informazioni sulle stramature in tale modello tramite script. Infine verrà illustrato lo sviluppo di carte materiale dedicate e la loro validazione su prove di trazione effettuate su provini stramati.
Il modello agli elementi finiti sviluppato ha mostrato una buona correlazione con i risultati delle probe di trazione grazie ad una opportuna calibrazione delle carte materiale e di nuovi metodi per il calcolo del failure index delle pelli stramate. Tuttavia, per considerare il modello affidabile in caso di simulazioni di componenti strutturali complessi, sono necessari ulteriori test implicanti varietà di geometrie e carichi più ampie.
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Abstract
The production of components in composite material by mean of compression molding features a higher grade of automatization and a much lower time cycle with respect to the traditional manual lay-up and cure in autoclave manufacturing process. Hence, it could be an option to produce such components in a faster and cheaper way.
However, during compression molding the pattern of the composite ply fabric can be distorted, and this implies the loss of orthotropy of the material as well as a change in stiffness and mechanical resistance of the overall component. Due to this problem, this manufacturing process is used only for non-structural components production.
By a numerical simulation of the manufacturing process it’s possible predicting how and where these distortions will develop in the component. Objective of this thesis is assessing a method to realize a structural numerical model which contains the information obtained with the process simulation. In this way, it would be possible predicting the effect of the fabric distortion in the component and then producing structural components on the basis of reliable structural analysis.
The manuscript goes through the determination of a structural model which is able to contain detailed information about fibre orientation of the composite laminate plies, followed by the discussion of a method to convert and transfer this information from the manufacturing process simulation to the structural model by mean of a script. Then, the development of dedicated material cards and their validation on tensile tests performed on plies distorted in a controlled way are reported.
At the end of the day, a good correlation of the finite element model with the tensile tests results has been achieved by mean of a proper calibration of the material cards and new ply failure index definitions. However, to consider the model reliable in simulating real application structural components, more validation tests on a wider variety of load types and geometries must be performed.
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