Conclusioni

Dall’analisi della flessibilità dei giunti, si vede che il modello con l’elemento CBEAM di Nastran tende a predire una flessibilità molto inferiore a quella reale. Di conseguenza il modello con l’elemento CBEAM non da dei risultati accurati nel calcolo della distribuzione dei carichi. Questo modello tenderà a sovrastimare i carichi sui rivetti esterni mentre sottostimerà il carico trasferito su quelli interni.

La precisione dei modelli con gli elementi CFAST e gli elementi CBUSH dipende dalla capacità della formula semi-empirica usata nel predire la flessibilità del giunto. Più la formula semi-empirica sarà precisa, più entrambi i modelli daranno i risultati precisi. Dai giunti analizzati, si vede che la formula di Huth è quella che dà i risultati migliori. Assegnando i valori infiniti ( ) alle rigidezze a rotazione degli elementi CBUSH e CFAST, si riduce la flessibilità del giunto. Questo comporta un aumento del carico trasferito sui rivetti più sollecitati. Modellare l’elemento CFAST collegando direttamente i nodi dell’elemento CFAST ai nodi dell’elemento shell comporta una riduzione della flessibilità del giunto. Questa riduzione è piccola e influisce poco sulla distribuzione dei carichi.

I risultati ottenuti con la tecnica di modellazione di A.Rutman sono precisi. È una tecnica abbastanza complessa ed è difficile da usare per modellare i giunti che hanno un gran numero di rivetti. Le modellazioni con gli elementi CFAST e gli elementi CBUSH sono più semplici e consento di ottenere dei risultati precisi quando la formula semi-empirica usata per il calcolo della

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Capitolo 6

6 METODI DI VERIFICA DI GIUNTI RIVETTATI IN

MATERIALI COMPOSITI

6.1 Introduzione

A differenza dell’incollaggio, per rivettare una o più le lamine insieme, è necessario ricavare dei fori sul materiale. Questi fori tagliano le fibre e modificano il percorso del carico provocando di conseguenza una riduzione notevole della resistenza del materiale. Ciò nonostante, realizzare una giunzione rivettata è la soluzione più economica o più fattibile quando si trattano strutture molto sollecitate come ad esempio i cassoni alari fatti di materiali compositi. Nelle strutture molto sollecitate, una parte considerevole del carico è trasferita per azioni di compressione (bearing) all’interfaccia tra il foro e lo stelo del rivetto, mentre l’atra parte è trasferita per attrito in corrispondenza delle superfici in contatto delle lamine collegate. L’azione di compressione che nasce dalla coppia di serraggio del rivetto riduce la possibilità che il composito si danneggi per delaminazione. Bisogna invece controllare che il composito abbia una resistenza trasversale sufficiente per

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124 supportare la pressione esercitata dalla testa del rivetto. Per un buon funzionamento del giunto, è importante che il carico di bearing non provochi delle deformazioni inaccettabili sulle lamine e le concentrazioni di tensioni dovute alla presenza dei fori non devono danneggiare il materiale. Inoltre, il rivetto che è l’elemento che consente il trasferimento di carico non si deve rompere e non deve subire deformazioni eccessive. Il rivetto è sollecitato al taglio e da un momento flettente secondario dovuto all’eccentrità del taglio. In generale, i diversi modi di rottura che si possono verificare in un giunto composito sono:

a. Lo shear-out illustrato nella figura 6.1- (a). È provocato da azioni di taglio

b. Il net tension illustrato nella figura 6.1-(b) caratterizzato dalla rottura della sezione del laminato

c. Il bearing illustrato nella figura 6.1-(c) dovuto alla deformazione eccessiva del laminato sotto l’azione del carico di bearing

d. Il cleavage-tension illustrato nella figura 6.1-(d) che è un modo misto tra il net tension e lo shear-out

e. Il pull through illustrato nella figura 6.1-(e) dovuto ad azioni di compressione della testa del rivetto sul laminato. Avviene prevalentemente quando si usano i rivetti a teste svasate

f. Il bolt failure illustrato nella figura 6.1-(f) che è semplicemente la rottura del rivetto sotto l’azione del taglio che agisce su di esso.

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125 g. L’offset compression failure illustrato dalla figura 6.1-(g) che si manifesta attorno alla testa del rivetto sotto l’azione della compressione.

Il tipo di rottura che si manifesta dipende dai parametri w/d e e/d dove:  d: è il diametro del foro

 w: la larghezza del giunto

 e: è la distanza tra l’asse del foro e il bordo esterno della lamina come indicano nella figura 6.2.

La vareazione del carico di rottura con w/d e e/d per un laminato quasi isotropo e rappresentato nella figura 6.2.

Per alti valori dei rapporti w/d e e/d, il tipo di danno che si verifica è il bearing e il carico di rottura è indipendente da w/d ed e/d. Si usa progettare il giunto in modo da evitare le rotture per net tension e shear-out. Per raggiungere questo scopo si consiglia di scegliere i parametri w/d e e/d in modo da avere:

 

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126 Figura 6.1: Modi di rottura di un giunto composito

(b) Shear-out failure (a) Net tension failure

(c) bearing failure

(d) cleavage – tension failure

(e) bolt pulling though laminate

failure (f) bolt failure

(g) offset compression failure

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127 Figura 6.2: influenza dei rapporti w/d e e/d sui modi di rottura di un giunto composito

I laminati usati nella realizzazione dei giunti sono molto spesso costituiti da fibre orientate a 0°, ° ed a 90°. Le fibre non orientate a 0° sopportano i carichi attorno al foro, impediscono le rotture per shear-out e per net tension, mentre le fibre a zero gradi sopportano i carichi di trazione. In seguito, saranno descritti dei metodi che consentono di analizzare e di garantire l’integrità della giunzione.

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