Simulazione degli impatti a bassa velocità su materiali compositi Bio-Inspired

I laminati compositi rappresentano una categoria di materiali che, negli ultimi decenni, sta vedendo il proprio utilizzo espandersi in svariati campi ingegneristici. In particolare, grazie delle caratteristiche estremamente vantaggiose, nello specifico elevate prestazioni meccaniche (rigidezza, resistenza, …), in rapporto a valori di densità minori rispetto ai classici materiali metallici, questi compositi hanno guadagnato un sempre più ampio utilizzo nel settore aerospace. È stato quindi possibile progettare ed implementare strutture in grado di garantire elevate prestazioni meccaniche, mantenendo oltremodo modesti valori di massa. Tuttavia, questa tipologia di materiali risulta estremamente suscettibile ai danni dovuti a fenomeni di impatto, anche a bassa velocità, che possono verificarsi sia durante le fasi di manutenzione, attraverso la caduta di utensili, che durante le fasi di decollo e atterraggio, a causa di detriti presenti sulla pista. Nello specifico si dimostrano critici i cosiddetti Barely Visible Impact Damages (BVID), ovvero danneggiamenti interni al materiale, i quali risultano difficilmente rilevabili durante le fasi di ispezione, ma che possono causare un drastico calo delle proprietà meccaniche del materiale, fino a portare al collasso della struttura. In questo lavoro, a seguito di un’introduzione iniziale sull’utilizzo e sul comportamento dei materiali compositi, verranno esposti il problema degli impatti a bassa velocità e le tipologie di danno che questi possono causare. Successivamente verranno presentati dei modelli che permettono di descrivere i danni del materiale a seguito di impatti, in particolare un modello per il danno intra-laminare di matrice e fibre, ed un modello di danno delle interfacce tra le singole lamine. Questi modelli verranno quindi implementati attraverso il software ABAQUS per l’analisi agli elementi finiti, al fine di studiare il comportamento di un laminato composito soggetto a danneggiamento da impatto. Infine, attraverso i modelli sviluppati, si andranno ad analizzare dei laminati compositi Bio-Inspired, al fine di verificare se, attraverso una particolare disposizione delle diverse lamine, sia possibile ottenere dei laminati che presentino una migliore resistenza agli impatti.