Propagazione di cricche a fatica a Modo I in polipropilene parzialmente riciclato rinforzato con fibre corte di vetro

Il presente lavoro di tesi nasce da una collaborazione con l’azienda Electrolux, interessata alla caratterizzazione delle proprietà meccaniche di un nuovo materiale in prototipazione. Nello specifico si tratta di un materiale composito a matrice polimerica rinforzato con fibre corte di vetro e particelle di carbonato di calcio. Il polimero che costituisce la matrice consiste in una miscela ottenuta da polipropilene vergine e polipropilene riciclato, derivante da post consumo alimentare. L’obiettivo principale a cui si aspira in tale progetto è quello di studiare il fenomeno di propagazione della cricca sollecitata a fatica con modo I di apertura, costruendo le curve di Paris per questo materiale rivisitate secondo il parametro della densità di energia di deformazione. Dalla costruzione di tali curve secondo l’approccio energetico, si cerca una diminuzione dello scarto presente tra le curve caratterizzanti i provini a 0° e quelli a 90°. Con la simulazione del processo produttivo, attraverso il software MoldFlow®, si osserva l’orientazione delle fibre all’interno della piastra. Sulla base di questo è stato possibile definire la geometria del provino, in accordo con i suggerimenti dati dalla normativa ASTM E647-15 e il relativo layout di estrazione dei provini dalla piastra, progettato in maniera tale da garantire all’interno di ciascun componente, la distribuzione quanto più omogenea possibile dell’orientazione delle fibre. Vengono implementate delle analisi strutturali combinate con l’analisi di processo al fine di importare le proprietà elastiche reali del componente e di studiare il conseguente campo tensionale sviluppato all’apice della cricca, da cui è valutabile il fattore di intensificazione delle tensioni (KI). Con i risultati di tale analisi, grazie ad un accurato lavoro di rielaborazione dei risultati attraverso codici MatLab, è possibile pervenire alla grandezza energetica della densità di energia di deformazione sulla matrice (SED), sul composito escluse le fibre (SEDm) e sul solo polipropilene (SEDpp), applicando la teoria del multicontinuo (MCT) per scindere le tensioni e le deformazioni che interessano i singoli costituenti del materiale. Visto l’interesse nel conoscere come la cricca propaga nel materiale, le analisi strutturali sono state rese parametriche, attraverso la parametrizzazione della geometria, facendo variare la lunghezza della cricca ad ogni iterazione di calcolo. La seconda parte del lavoro riguarda principalmente l’esecuzione delle prove sperimentali, sollecitando il provino CT con un ciclo di carico sinusoidale in controllo di forza, avente rapporto di ciclo (R) pari a 0,05. La propagazione della cricca viene monitorata con microscopi DinoLite a diverse scale di ingrandimento, per cogliere effettivamente il meccanismo di danneggiamento e di propagazione della cricca. Le foto vengono successivamente elaborate per le misurazioni delle cricche ottenendo i relativi punti sperimentali necessari alla costruzione delle curve. In ultima analisi segue il confronto tra i dati ottenuti sperimentalmente e quelli derivanti dalle analisi numeriche, ove si cerca di comprendere quali siano i modelli FEM implementati che aderiscano in maniera fedele alla realtà sperimentale.