Titolo Nazionale: "Modellazione multi-scala di materiali e strutture";Titolo UR Palermo: "Un aproccio multiscala per l'analisi dei processi di decoesione e di propagazione della frattura"

    Progetto: Research project

    Description

    L' attività sviluppata dalla Unita di Ricerca (UR) di Palermo è incentrata sullo studio e l'analisi del comportamento meccanico di strati adesivi sottili con una struttura interna o fortemente eterogenei. Esistono, infatti, diversi esempi di componenti meccanici o strutturali, costituiti da elementi solidi deformabili uniti saldamente insieme attraverso strati sottili adesivi eterogenei, ovvero con una complessa microstruttura interna. Tale condizione si riscontra particolarmente nei settori della micromeccanica o della bio-meccanica, dove si osservano complessi legamenti. Altri esempi di interface strutturate sono: le fibre di rinforzotrasversale tra le lamine dei compositi laminati; o gli strati adesivi costituiti da una miscela di particelle sferiche si elevata rigideza diluite in una matrice adesiva.I modelli matematici della meccanica della frattura lineare e le leggi delle interface coesive sembrano non essere sufficientemente accurati per modellare tali tipologie di interfacce e per riprodurre la ricca fenomenologia di effetti meccanici, legati alla microstruttura eterogenea che costituisce l'interfaccia. Modelli di interfaccia con leggi fenomenologiche complesse e interfacce non locali sono state sviluppate da alcuni ricercatori della presente RU, ma l'approccio attualmente più promettente, e che la presente RU si propone di sviluppare, risiede nel modellare un elemento rappresentativo della microstruttura dell'interfaccia, nell'ambito di approccio di tipo multiscala.Il modello di interfaccia multiscala, che la presente RU intende sviluppare, ha l'obiettivo di determinare, la legge costitutiva dell'interfaccia (2-D a spessore nullo) attraverso una seconda analisi agli elementi finiti dell'elemento di volume rappresentativo (3-D con spessore piccolo ma finito), discretizzato con la sua microstruttura.Fra gli obiettivi della presente RU è previsto lo sviluppo di una formulazione termodinamicamente coerente del modello di interfaccia multiscala e la sua implementazione attraverso due differenti approcci: il classico elemento finito interfaccia che connette due elementi adiacenti con i nodi comuni agli elementi e all'interfaccia, o come interfaccia interna a un elemento con discontinuità interna (XFEM).L'attività analitica e computazionale sarà affiancata da una campagna sperimentale basata prove monotoniche e cicliche di delaminazione, al fine di valutare lecondizioni di formazione e sviluppo del danno, fino alla formazione e propagazione della frattura. In particolare, il progetto di ricerca prevede l'uso delle tecniche di emissione acustica per riuscire ad ottenere, dalle prove sperimentali, una buona conoscenza delle condizioni che precedono la formazione del danno diffuso, al livello micro strutturale, al fine di prevedere la formazione e propagazione di macrofratture. La tecnica delle emissioni acustiche, attraverso l'elaborazione dei rumori registrati da un sistema di appositi ricevitori acustici disposti sul campione di prova, consente di ricostruire, istantaneamente, la posizione e la intensità del danno emergente.Un ulteriore attività sperimentale è finalizzata alla ricerca dei livelli di integrità di interfacce complesse, a seguito di una storia di carico specifica, attraverso l'elaborazione dei rumori registrati a seguito di impulsi ultrasonici trasmessi sul provino danneggiato.L'intera attività di ricerca, sia essa teorica, computazionale o sperimentale, sarà pianificata in collaborazione con le altre unità di ricerca del presente progetto.Inoltre, i risultati ottenuti saranno criticamente esaminati e confrontati con

    Layman's description

    Questa UR condurrà attività di ricerca inerente lo sviluppo di modelli analitici, di approcci computazionali e di attività sperimentale di laboratorio, per lo studio del processo di decoesione di strati adesivi sottili, formati da materiale deformabile con una microstruttura interna eterogenea e complessa.Due aspetti principali saranno considerati:- Il primo aspetto riguarda l'unione di solidi deformabili attraverso uno strato adesivo dotato di una specifica microstruttura complessa, specificatamente progettata per incrementare la tenacità alla frattura del giunto o, alternativamente altre sue proprietà meccaniche e non (isolamento termico, etc.). Alcuni esempi sono lepellicole adesive con micro rinforzi trasversali, o cuciture, gli strati adesivi costituiti da particelle rigide diluite in una matrice coesiva assai meno rigida delle inclusioni. Altri tipi di strati adesivi complessi, sviluppati per applicazioni di micro-maccanica, sono realizzati con nano tubi al carbonio dispersi in una specifica matrice.- Il secondo aspetto riguarda materiali eterogenei complessi nei quali le eterogeneità giocano un ruolo fondamentale per l'insorgenza e la diffusione del danno, per la formazione e la propagazione della frattura. In questo contesto, l'approccio multiscala sarà sviluppato al fine di poter considerare il materiale con le sue complesse eterogeneità e le procedure di omogeneizzazione multiscala saranno impiegate per guidare l'attivazione e la propagazione delle macrofratture, in funzione dei meccanismi non lineari che si sviluppano a livello di microscala.In entrambe i casi i modelli di interfaccia multiscala saranno sviluppati ma, mentre per il primo tipo di problema il luogo della potenziale macrofrattura è noto a priori e la modellazione della microstruttura può essere confinata all'interno dello strato adesivo, per il secondo tipo di problema gli effetti della microstruttura riguardano l'intero volume e la posizione e il percorso di evoluzione della macrofrattura devono essere determinati in virtù di specifiche leggi. Il modello di interfaccia da sviluppare, in entrambe i casi, deve possedere la capacità di guidare la formazione e la propagazione della frattura in funzione delle specificità dellamicrostruttura. Inoltre, si ritiene che l'approccio di interfaccia multiscala proposto da questa UR, possa essere molto utile anche per derivare importanti proprietà macroscopiche, quali la tenacità alla frattura, o le proprietà attritive e di dilatanza, che sono fondamentali nel caratterizzare la risposta in caso di richiusura della frattura con modi deformativi di scivolamento. Chiaramente queste ultime caratteristiche sono legate alle microasperità che si creano sulle superfici della frattura e alla loro evoluzione.Dal punto di vista computazionale, per il primo tipo di problemi, gli elementi interfaccia multiscala possono essere disposti sia tra elementi finiti ordinari che all'interno dei cosiddetti X-FEM; mentre per il secondo tipo di problemi, nei quali la frattura si sviluppa e propaga in posizione incognita e seguendo percorsi complessi, si è convinti che gli elementi con discontinuità interna (X-FEM) siano la soluzione più opportuna.I ricercatori della presente UR intendono proporre modelli analitici di interfacce multiscala sviluppate nell'ambito di un rigoroso inquadramento termodinamico, e capaci di riprodurre agli possibile percorso di carico, ciclico e monotonico. Si intende anche sviluppare specifiche procedure computazionali basate su metodi agli elementi finiti con elementi interfaccia multiscala e una formulazione multisca
    StatoAttivo
    Data di inizio/fine effettiva1/1/09 → …