The paper aims to illustrate a 2D analytical method for assessing the elastic properties of woven fabric composites. The introduction explains composite materials, their applications, advantages, disadvantages, production techniques and why they are increasingly becoming a key material in high-end mechanical components. The differences between unidirectional and woven composites are also explained, both in terms of mechanical properties as well as production and uses. The second chapter illustrates the estimation of elastic properties of unidirectional composite laminae, which is useful because they are widely used in less industrialised areas. Then we are introduced to the classical lamination theory for assessing the properties of a laminate, i.e. an overlapping of laminae. This theory is fundamental to the models used in the following chapter. In the third chapter, an analysis is introduced for the determination of the geometry of the plain weave lamina at each point of the unit cell, i.e. the smallest component that forms the lamina repeating identically. Knowing its composition, two two-dimensional models are introduced based on classical lamination theory applied at each infinitesimal component of the unit cell. From the results obtained with these models, the elastic properties are defined as certain parameters such as waviness, thickness and distance between adjacent filaments vary. In the fourth chapter, the models discussed above are extended to a laminate consisting of plain weave laminae, and the development of elastic properties as a function of thickness and configuration of the foils is studied. In conclusion, with the methods illustrated and the considerations made, it is possible to make a sufficiently accurate and quick estimate to decide on the ideal parameters to be used in the design of a woven fabric composite structural components.

L’elaborato ha l’obiettivo di illustrare un metodo analitico 2D per la stima delle proprietà elastiche di compositi tessuti. Nell’introduzione vengono spiegati i materiali compositi, le loro applicazioni, vantaggi, svantaggi e perché stanno diventando sempre di più un materiale fondamentale in componenti meccaniche di alto livello. Vengono inoltre spiegate le differenze tra compositi unidirezionali e tessuti, sia a livello di proprietà meccaniche sia di produzione e utilizzi. Il secondo capitolo illustra la stima delle proprietà elastiche delle lamine in composito unidirezionale, utile in quanto molto utilizzate in ambiti meno industrializzati. Si introduce poi la teoria classica della laminazione per la stima delle proprietà di un laminato, cioè di una sovrapposizione di lamine. Questa teoria è fondamentale per i modelli utilizzati al capitolo seguente. Nel terzo capitolo si introduce la trattazione analitica per la determinazione della geometria della lamina di tessuto plain weave in ogni punto del modulo unitario, ossia il più piccolo componente che forma la lamina ripetendosi identico. Nota la sua composizione, si introduce due modelli bidimensionali basati sulla teoria classica della laminazione applicata in ogni componente infinitesimo della cella unitaria. Dai risultati ottenuti con questi modelli si definisce l’andamento delle proprietà elastiche al variare di alcuni parametri come l’ondulazione, lo spessore, la distanza tra filati adiacenti. All’interno del quarto capitolo si estendono i modelli trattati precedentemente ad un laminato formato da lamine plain weave e si studia l’andamento delle proprietà elastiche in funzione di spessore e configurazione delle lamine. In conclusione, coi metodi illustrati e con le considerazioni fatte, è possibile fare una stima sufficientemente accurata e veloce per decidere i parametri ideali da utilizzare nella progettazione di un componente strutturale in composito tessuto.

Stima analitica delle proprietà elastiche di compositi tessuti

VOLPATO, SEBASTIANO
2023/2024

Abstract

The paper aims to illustrate a 2D analytical method for assessing the elastic properties of woven fabric composites. The introduction explains composite materials, their applications, advantages, disadvantages, production techniques and why they are increasingly becoming a key material in high-end mechanical components. The differences between unidirectional and woven composites are also explained, both in terms of mechanical properties as well as production and uses. The second chapter illustrates the estimation of elastic properties of unidirectional composite laminae, which is useful because they are widely used in less industrialised areas. Then we are introduced to the classical lamination theory for assessing the properties of a laminate, i.e. an overlapping of laminae. This theory is fundamental to the models used in the following chapter. In the third chapter, an analysis is introduced for the determination of the geometry of the plain weave lamina at each point of the unit cell, i.e. the smallest component that forms the lamina repeating identically. Knowing its composition, two two-dimensional models are introduced based on classical lamination theory applied at each infinitesimal component of the unit cell. From the results obtained with these models, the elastic properties are defined as certain parameters such as waviness, thickness and distance between adjacent filaments vary. In the fourth chapter, the models discussed above are extended to a laminate consisting of plain weave laminae, and the development of elastic properties as a function of thickness and configuration of the foils is studied. In conclusion, with the methods illustrated and the considerations made, it is possible to make a sufficiently accurate and quick estimate to decide on the ideal parameters to be used in the design of a woven fabric composite structural components.
2023
Analytical assessment of elastic properties of woven fabric composites
L’elaborato ha l’obiettivo di illustrare un metodo analitico 2D per la stima delle proprietà elastiche di compositi tessuti. Nell’introduzione vengono spiegati i materiali compositi, le loro applicazioni, vantaggi, svantaggi e perché stanno diventando sempre di più un materiale fondamentale in componenti meccaniche di alto livello. Vengono inoltre spiegate le differenze tra compositi unidirezionali e tessuti, sia a livello di proprietà meccaniche sia di produzione e utilizzi. Il secondo capitolo illustra la stima delle proprietà elastiche delle lamine in composito unidirezionale, utile in quanto molto utilizzate in ambiti meno industrializzati. Si introduce poi la teoria classica della laminazione per la stima delle proprietà di un laminato, cioè di una sovrapposizione di lamine. Questa teoria è fondamentale per i modelli utilizzati al capitolo seguente. Nel terzo capitolo si introduce la trattazione analitica per la determinazione della geometria della lamina di tessuto plain weave in ogni punto del modulo unitario, ossia il più piccolo componente che forma la lamina ripetendosi identico. Nota la sua composizione, si introduce due modelli bidimensionali basati sulla teoria classica della laminazione applicata in ogni componente infinitesimo della cella unitaria. Dai risultati ottenuti con questi modelli si definisce l’andamento delle proprietà elastiche al variare di alcuni parametri come l’ondulazione, lo spessore, la distanza tra filati adiacenti. All’interno del quarto capitolo si estendono i modelli trattati precedentemente ad un laminato formato da lamine plain weave e si studia l’andamento delle proprietà elastiche in funzione di spessore e configurazione delle lamine. In conclusione, coi metodi illustrati e con le considerazioni fatte, è possibile fare una stima sufficientemente accurata e veloce per decidere i parametri ideali da utilizzare nella progettazione di un componente strutturale in composito tessuto.
Compositi
Tessuti
Lamina
Laminato
Proprietà elastiche
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/20.500.12608/71819