Capitolo 1
Introduzione
Lo scopo del presente lavoro è stato quello di indagare sul comportamento a frattura dei cosiddetti Laminati Fibra-Metallo anche attraverso una cam-pagna di prove sperimentali. Gli LFM rappresentano una famiglia di materi-ali ibridi di sviluppo relativamente recente, impiegata nel campo aeronautico e realizzata incollando tra loro sottili lamine di metallo alternate a “fogli” (plies) di fibre ad alta resistenza annegate in una matrice epossidica che fun-ziona da adesivo.
La particolare natura ibrida conferisce a questi materiali particolari proprietà che combinano le tradizionali qualità del metallo quali la lavorabilità, con le ottime caratteristiche ponderali, di resistenza a corrosione e a fatica dei com-positi. La presenza di cricche legate alla fatica è generalmente limitata agli strati di metallo. Le fibre sono praticamente insensibili al fenomeno e, rima-nendo intatte, creano una sorta di ponte tra i lembi della fessura. Il carico viene così trasferito dagli strati di metallo a quelli di fibra non danneggiati permettendo una naturale riduzione del fattore di intensificazione degli sforzi (K) all’apice dell’intaglio.
Dato il significativo effetto legato alla presenza degli strati di fibra non dan-neggiati sulla resistenza a frattura degli LFM, sorge spontaneo chiedersi quale potrebbe essere il comportamento di questi ultimi nel caso in cui sia il met-allo che le fibre presentino una discontinuità.
La campagna sperimentale è stata focalizzata sullo studio dei meccanismi di rottura del GLARE, un LFM costituito da lamine di alluminio alternate a strati di fibra di vetro S2. Il programma di ricerca è stato ristretto a provini di tipo CCT (Center Cracked Tension) con intagli passanti ovvero tali che tutti gli strati metallici e quelli di fibra fossero interrotti in corrispondenza dell’intaglio stesso.
CAPITOLO 1. INTRODUZIONE 4 Dal momento che gli LFM mostrano un propagazione stabile della cricca fino praticamente alla rottura, il problema della stima della resistenza residua di questo tipo di materiale è stato affontato ritenendo applicabile il metodo della cosiddetta Curva-R. Tale metodologia, sviluppata nell’ambito della Meccani-ca della Frattura Lineare ElastiMeccani-ca (MFLE) e riferita a materiali omogenei e isotropi, richiede che il materiale abbia un comportamento prevalentemente lineare-elastico. Viene cioè supposto che la zona plasticizzata all’apice del-l’intaglio sia piccola se confrontata con la regione in cui si può ritenere valida l’applicazione del fattore di intensificazione degli sforzi. Tuttavia, al fine di tenere conto anche dell’effetto della plasticità, la tenacità a frattura del ma-teriale è descritta come funzione di una lunghezza di fessura modificata, la cosiddetta lunghezza di fessura effettiva, aef f.
La determinazione della Curva-R richiede di esprimere la tenacità in fun-zione della lunghezza di fessura effettiva, il cui calcolo è stato affrontato prendendo in considerazione i due metodi proposti dalla normativa ASTM, rispettivamente denominati Irwin Correction e Compliance Correction. En-trambe le metodologie, applicate allo studio della resistenza statica residua del GLARE, dimostrano che la Curva-R risulta indipendenti dalla larghezza del provino e dalla lunghezza iniziale dell’intaglio. La Irwin correction tiene conto del precoce cedimento plastico ma trascura il significativo incrudimen-to del materiale, mentre la Compliance Correction è sensibile agli effetti di imbozzamneto locali e all’anisotropia del laminato legata alla presenza delle fibre. Le Curve-R ottenute con i due metodi poc’anzi citati, sono state con-frontate e ampiamente discusse alla luce dei dati reperibili nella letteratura di settore.
