Comportamento a fatica di un polipropilene riciclato rinforzato con fibre corte di vetro in presenza di intagli

Il presente elaborato si concentra sul comportamento a fatica di provini intagliati e non, ricavati tramite processo di stampaggio ad iniezione. Il materiale preso in considerazione è un polipropilene parzialmente riciclato (84% wt.) rinforzato con fibre corte di vetro (10% wt.) e carbonato di calcio (25% wt.). L'obiettivo è quello di investigare l’effetto di intaglio a fatica di provini compositi a matrice polimerica e ricavare la curva di progettazione a fatica in termini di energia di deformazione mediata all’interno di un volume di matrice che abbraccia l’apice intaglio. Le prove di fatica sono state condotte in controllo di forza aventi rapporto di ciclo R=0,05. Durante i test l’evoluzione del danneggiamento ad apice intaglio è stata monitorata tramite microscopio digitale, ciò ha permesso di ricavare sia le curve ad innesco che quelle a rottura per le diverse geometrie di intaglio e valutare la dimensione della cricca in funzione del numero di cicli. In parallelo, sono state svolte simulazioni di processo (in ambiente Moldflow) per valutare l'effettiva orientazione delle fibre ed avere così un modello che rappresentasse la reale distribuzione di fibre nello spessore. Per avere un confronto diretto del modello con la realtà, è stata eseguita un'analisi tomografica per valutare il reale andamento dell'orientazione delle fibre nello spessore da confrontare in seguito con il modello teorico. Una volta ottenuta, con buona approssimazione, la distribuzione skin-shell-core tipica dei componenti realizzati per stampaggio ad iniezione rinforzati a fibre corte, è stato possibile eseguire un'analisi strutturale in ambiente FEM (Ansys Workbench) tramite il software di interfaccia Helius PFA che permette di trasferire l'orientazione delle singole fibre dalla simulazione di processo alla simulazione in ambiente FEM per ricavare il reale comportamento elastico del materiale. Come dati di input per la simulazione strutturale è stato necessario ricavare, tramite delle prove statiche, le proprietà elastiche del materiale con diversa orientazione delle fibre, in modo da poter calcolare i moduli elastici E(θ=0°), E(θ=45°) e E(θ=90°). Una volta ricavati tali proprietà, e avendo la distribuzione dei singoli elementi per la simulazione strutturale, è stato possibile ricavare il reale comportamento elastico del materiale, necessario per il calcolo dell'energia mediata in un volume strutturale di sola matrice, e quindi di applicare criterio Strain Energy Density (SED) mediato.