Studio della propagazione delle cricche nei materiali compositi impiegando la teoria Peridynamics

The aim of this research proposal is to develop a computational framework for the analysis of damage propagation in composite material. Nowadays the usage of these types of materials has increased exponentially in particular in the aerospace field, but not only, where the composite materials are widely used for their outstanding strength to weight ratio, performances under fatigue loading and durability. The state of the art in the usage of composite materials in aerospace industry will carry, in the following years, to an extraordinary request of these materials. One of the main issues linked with the composite materials is that their failure behavior is not fully understood yet and classical continuum mechanic is not capable to reproduce this phenomenon in a proper way, necessary to maintain the composite materials growth expectation. With the use of Peridynamics (PD), a theory capable of overcoming many drawbacks of classical continuum mechanics for studying cracks propagations, we will be able to simulate the cracks behavior without adding ad hoc criteria, necessary invoking other theories. Finally, since Peridynamics requires a high computational cost, a FEM-PD coupling strategy will be exploited to overcome this limitation.

Lo scopo di questa tesi è quello di sviluppare un tool numerico per l’analisi della propagazione delle cricche nei materiali compositi. Ad oggi, l’impiego di questi materiali è molto ampio nell’industria aerospaziale, e non solo, grazie alle loro proprietà meccaniche quali: l’elevato rapporto resistenza-massa, le loro performances sotto carichi ciclici e la loro durabilità. Tutti questi fattori porteranno, nei prossimi anni, ad un impiego ancora più vasto dei materiali compositi nell’ambito aerospaziale. Una delle criticità di questi materiali è che il loro processo di frattura non è ancora pienamente conosciuto e la teoria classica del continuo non è capace di riprodurre questo fenomeno accuratamente. Con l’uso della Peridinamica, una teoria capace di superare molte limitazioni della teoria classica del continuo, siamo in grado di simulare il comportamento delle cricche senza criteri ad hoc. Concludendo, poiché la Peridinamica richiede elevati costi computazionali, si implementerà una strategia di accoppiamento FEM-PD.