Prove di fatica per i materiali compositi

I compositi costituiti da una matrice polimerica rinforzata con fibre hanno svolto un ruolo importante sul piano della riduzione dell’impatto ambientale di numerosi settori, in virtù della loro capacità di ridurre il peso di numerosi componenti e sistemi strutturali e di conferire, nel contempo, eccellenti proprietà meccaniche.

L’importanza crescente assunta dalle FRP in componenti critici sul piano della sicurezza mette in evidenza il bisogno di prove e di criteri di rottura avanzati ed estremamente accurati. Il progetto MIFACRIT, finanziato dall’UE, ha gettato le basi di una serie di strumenti metodologici per la conduzione di prove di fatica multiassiali accelerate con criteri di rottura caratterizzati da un elevato livello di precisione. L’attenzione dei ricercatori è stata rivolta a compositi di tipo sandwich monostrato e multistrato o impilati destinati all’industria aerospaziale.

Come suggerisce il nome stesso, i materiali sotto carico di fatica multiassiale sono materiali in grado di caricare più di uno dei tre assi del sistema di coordinate cartesiano. Fino a poco tempo fa, la maggior parte dei dibattiti sul caricamento ciclico era incentrata sul caricamento monoassiale. Tuttavia, in condizioni reali, molti sistemi, tra cui gli alberi rotanti e numerosi componenti automobilistici e aerospaziali, sono sottoposti a sollecitazioni cicliche multiassiali.

Questa situazione, gestita nell’ambito dell’iniziativa MIFACRIT relativamente alle plastiche rinforzate con fibre, trova il suo punto di forza nell’interazione tra la conduzione di massicce sperimentazioni e simulazioni numeriche avanzate che utilizzano metodi che spaziano dalla meccanica delle fratture alla meccanica dei danni.

I test dei materiali sono stati incentrati sull’integrazione della caratterizzazione viscoelastica durante prove di stress e di tensione continue in situazioni di caricamento ciclico, nel corso delle quali sono stati considerati parametri di temperatura e di frequenza variabili. La modellizzazione matematica a due fasi è stata utilizzata sia per le descrizioni locali sia per quelle di carattere globale. I risultati delle simulazioni sono stati confrontati con quelli sperimentali in modo iterativo ai fini del perfezionamento dei modelli. Sono stati inoltre determinati i valori soglia per i vari criteri.

Il progetto MIFACRIT ha elaborato la procedura finalizzata all’individuazione delle proprietà elastiche e delle proprietà in termini di errori e di danni delle FRP attraverso la valutazione degli effetti meccanici all’interno della microstruttura in varie condizioni di caricamento. I nuovi sviluppi in questa direzione consentiranno di rafforzare l’affidabilità delle proprietà valutate, garantendo in tal modo una previsione accurata della durata delle plastiche rinforzate con fibre in condizioni di carico multiassiale. Tali traguardi renderanno a loro volta possibile una più rapida produzione di componenti strutturali critici per la sicurezza e di elevata qualità.