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APITOLO
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LABORAZIONE DATI SPERIMENTALI
In questo capitolo sono stati elaborati ed analizzati tutti i dati, raccolti nel capitolo precedente, ottenuti dalle prove sperimentali svolte su ogni tipo di pannello e provino testato.
Tale elaborazione è stata svolta in tre fasi distinte tra loro, ognuna riguardante una particolare categoria di provini oggetti di tale studio. All’interno di ogni fase si è svolta un’analisi dettagliata dei dati in base alle diverse prove effettuate, distinguendo ancora una volta i dati ottenuti dai provini della stessa categoria con materiali diversi, confrontando successivamente tra loro quest’ultimi dati al fine di mettere in luce i comportamenti dei diversi materiali coi quali sono stati realizzati i provini appartenenti ad un’unica categoria.
4.1 Elaborazione dati ottenuti dai pannelli con Windows Frame
4.1.1 Prove statiche
Distinguiamo innanzitutto le prove statiche in base ai due differenti tipi di lega di alluminio utilizzata per realizzare il laminato in fibra rappresentante lo skin di fusoliera ed il tipo di adesivo usato per unire allo skin il Windows Frame. Questa distinzione risulta essere necessaria per poi successivamente poter effettuare un confronto sul loro comportamento sotto i carichi statici propri di questo tipo di prove.
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Pannelli realizzati in Al 2024 –T3 e Adhesive AF 163
I pannelli aventi queste caratteristiche sono stati denominati A1 e A2 (come riportato al paragrafo 2.5.2) e sono stati strumentati da quattro estensimetri come di seguito riportato in dettaglio.
82 Figura 4.1: Pannello A1 al termine della prova statica di taglio
0 5 10 15 20 25 30 35 0 50 100 150 200 250 F - S Fo rz a (K N ) Spostamento (mm)
83 In figura 4.1 e 4.2 è possibile osservare, rispettivamente, il pannello vistosamente imbozzato a causa del carico di trazione applicato sulla sua diagonale al fine di riprodurre uno sforzo di taglio, e il grafico riportante il carico applicato in funzione dello spostamento verticale, e quindi dell’allungamento, subito dal pannello lungo la diagonale di applicazione del carico stesso.
Dalle figure 4.3 e 4.4 è inoltre possibile osservare la parziale delaminazione del GLARE in corrispondenza della zona inferiore del windows frame, avvenuta a causa del cedimento della matrice epossidica utilizzata per la realizzazione del laminato in fibra di vetro.
Figura 4.3: Delaminazione del GLARE pannello A1
84 Essendo tale zona risultata essere quella maggiormente caricata sotto tali condizioni di carico, sono state in essa effettuate misure estensimetriche al fine di valutare le tensioni agenti responsabili della delaminazione del materiale laminato. Dalla figura 4.5 è possibile vedere una schematizzazione d’insieme del pannello in questione con le posizioni occupate dagli estensimetri su esso applicati.
Figura 4.5: Posizioni di applicazione degli estensimetri sul pannello A1
0 50 100 150 200 -1000 0 1000 2000 3000 4000 5000 η m /m Forza (KN) Strain 1 Strain 2 Strain 3 Strain 4 Pannello WF A1
85 0 5 10 15 20 25 30 0 50 100 150 200 250 Fo rz a (K N ) Spostamento (mm) F - S
Figura 4.7: Pannello A2 al termine della prova statica di taglio
86 Anche per questo provino valgono le stesse conclusioni sul suo comportamento dopo la prova di taglio discusse per il pannello A1 sopra riportate. Si vedano a tal proposito le figure 4.9 le quali mostrano, anche per questo pannello, le delaminazione del materiale laminato nella zona inferiore di contorno del windows frame.
Figura 4.9: Delaminazione del GLARE pannello A2
Anche su questo pannello sono stati applicati quattro estensimetri in posizioni diverse, con lo scopo di ottenere valori di tensione agenti sullo spessore del windows frame Per questo motivo due dei quattro estensimetri sono stati posizionati in tali zone, come si può vedere dalla figura 4.10, dove si è riportata una schematizzazione d’insieme del pannello A2 con i relativi estensimetri.
87 Figura 4.10 : Posizioni di applicazione degli estensimetri sul pannello A2
0 50 100 150 200 250 -30000 -20000 -10000 0 10000 20000 30000 Pannello WF A2 η m /m Forza (KN) Strain 1 Strain 2 Strain 3 Strain 4
Figura 4.11 : Risultati ottenuti dai dati estensimetrici
Dalla figura 4.11 sopra riportata è possibile osservare gli andamenti delle curve ottenute dai dati estensimetrici ricavati dalla prova svolta sul pannello A2. E’ interessante soffermare l’attenzione sugli andamenti degli estensimetri n°1 e n°2, i quali, come si vede dalla figura 4.10, sono quelli posizionati sullo spessore del windows frame sulla linea delle fibre compresse, che ci danno un
88 valore dell’allungamento (figura 4.11), e quindi delle tensioni, sullo spessore stesso.
E’ stato infine interessante valutare il comportamento dell’adesivo AF 163 utilizzato per il collegamento tra lo skin ed il windows frame, oltre ad unire gli strati di alluminio del laminato nell’intorno del windows frame dove il GLARE cambia numero di lamine di alluminio da 4 a 3 diminuendo quindi il proprio spessore come si può vedere dalla figura 4.12.
Figura 4.12 : Sezione del Windows Frame
Dalle figure 4.3, 4.4 e 4.9 è facilmente visibile quello che è stato il comportamento dell’adesivo in questione. Si nota a tal proposito che esso non ha subito alcun cedimento nella zona superficiale di unione tra il windows frame e lo strato esterno di alluminio del laminato (figura 4.12 posizione 3, 2) mentre ha ceduto completamente nelle zone di collegamento (figura 4.12 posizione 1 e 4) provocando la delaminazione del Glare.
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Pannelli realizzati in Al 7475–T761 e Adhesive EA 9657
I pannelli aventi queste caratteristiche sono stati denominati A6 e A7 (come riportato al paragrafo 2.5.2) ed in questo caso non sono stati utilizzati estensimetri.
89 Figura 4.13: Pannello A6 al termine della prova statica di taglio
0 5 10 15 20 0 50 100 150 200 250 Fo rz a (K N ) Spostamento (mm) F - S
90 In figura 4.13 e 4.14 è possibile osservare, rispettivamente, il pannello imbozzato a causa del carico di trazione applicato sulla sua diagonale al fine di riprodurre uno sforzo di taglio, e il grafico riportante il carico applicato in funzione dello spostamento verticale, e quindi dell’allungamento, subito dal pannello lungo la diagonale di applicazione del carico stesso.
Figura 4.15: Cedimento dell’adesivo EA 9657 sul pannello A6
Dalle figure 4.15 è inoltre possibile osservare che per questo tipo di pannello l’elemento di maggiore fragilità, e che quindi ha presentato per primo un quasi totale cedimento, è stato l’adesivo EA 9657 nella zona di collegamento tra la struttura del windows frame e lo strato più esterno di alluminio del materiale laminato formante lo skin del pannello. In questo caso non si sono avuti fenomeni di delaminazione del GLARE.
91 0 5 10 15 0 50 100 150 200 Fo rz a (K N ) Spostamento (mm) F - S
Figura 4.16: Pannello A7 al termine della prova statica di taglio
92 Dalle figure 4.16 e 4.17 sopra riportate è possibile osservare rispettivamente sia il pannello A7 una volta conclusa la prova statica con le imbozzature formatesi per effetto dello sforzo di taglio applicato, sia l’andamento della forza in funzione dello spostamento, e quindi dell’allungamento, della linea diagonale sulla quale viene applicato il carico.
93 0 5 10 15 20 25 30 35 0 50 100 150 200 250 Fo rza (K N ) Spostamento (mm) A1 (Al 2024-T3) A2 (Al 2024-T3) A6 (Al 7475-T761) A7 (Al 7475-T761)
Dalle figure 4.18 si può osservare come anche per questo pannello l’elemento che ha ceduto dopo la prova statica è stato l’adesivo EA 9657. La zona in qui questo è avvenuto è lo stesso descritto per il pannello A6, con la differenza, in questo caso, che l’adesivo ha presentato un cedimento quasi totale, infatti soltanto per una piccola porzione il cedimento è avvenuto per delaminazione del materiale laminato causato dal cedimento della matrice epossidica che lo compone.
A questo punto, dopo aver analizzato i risultati ottenuti dai singoli pannelli con windows frame sottoposti a prove statiche, suddivisi a seconda del tipo di lega di alluminio utilizzata e del tipo di adesivo impiegato, è stato utile effettuare un confronto globale, riunendo cioè insieme tutti i loro risultati per analizzare e discutere le differenze di comportamento a parità di carico applicato.
Per questo motivo è stato deciso di plottare su di un unico grafico gli andamenti dei carichi applicati in funzione degli spostamenti per tutti i pannelli sopra descritti. Il risultato di ciò può essere osservato in figura 4.19 sotto riportata.
Figura 4.19: Confronto andamenti Carico–Spostamento dei pannelli sottoposti a carichi statici
94 Osservando la figura sopra riportata appare immediatamente visibile una sostanziale differenza di comportamento sotto carichi statici di taglio da parte delle due categorie di pannelli precedentemente analizzate separatamente.
E’ risultato evidente un migliore comportamento generale dei pannelli con Al 7475– T761, sia dal punto di vista della sopportazione del carico applicato, risultato maggiore, a parità di allungamento, sia dal punto di vista del carico di snervamento, il quale raggiunge valori superiori rispetto a quelli che raggiungono i pannelli in Al 2024–T3, a favore così di una maggiore tenacità dei pannelli stessi. Tutto questo però porta loro ad avere anche uno svantaggio nei confronti dei pannelli realizzati con Al 2024–T3, ovvero essi sono in grado di accumulare una quantità di energia maggiore potendo così causare il loro improvviso collasso non appena si verifica il cedimento di una delle parti più rigide che li compongono.
Dall’analisi di tale grafico è stato inoltre possibile trarre un’ulteriore conclusione a proposito del diverso comportamento dei due adesivi utilizzati nella realizzazione delle due categorie di pannelli precedentemente descritti.
Osservando infatti gli andamenti dei grafici (figura 4.19), riportanti il comportamento dei pannelli realizzati in Al 7475–T761 si può vedere come ad un certo punto si verifica il collasso totale del pannello stesso, il quale non è più in grado di sopportare il carico applicato. Questo è dovuto al fatto che l’elemento rigido, quale la struttura del windows frame, si stacca quasi interamente dallo skin a causa del cedimento dell’adesivo EA 9657 usato per la loro unione. Per confronto si può osservare invece il comportamento dei grafici rappresentanti i pannelli realizzati in Al 2024–T3, dai quali si può concludere che in questo caso il cedimento del materiale adesivo AF 163 avviene per valori di carico, ma soprattutto di allungamento decisamente superiori.
Tutto questo ci porta a concludere che l’adesivo EA 9657 è decisamente più fragile rispetto all’ AF 163, cioè presenta una tensione ultima a peeling inferiore rispetto a quella dell’ AF 163, come è possibile constatare dai relativi Data Sheet riportati al paragrafo 2.3.
In ultima analisi è stato inoltre interessante poter confrontare i risultati ottenuti dalle prove statiche effettuate sui pannelli con windows frame, con i risultati ricavati da un prova statica, svolta con le stesse condizioni di carico, su un pannello in materiale laminato in fibra con strati in lega di alluminio 2024–T3 riportante il foro del finestrino, senza avere però la struttura di irrigidimento formata dal windows frame. In figura 4.20 si è riportata un’immagine di quest’ultimo tipo di pannello e in figura 4.21 è stato invece riportato il grafico ottenuto dalla prova statica su esso effettuata.
95 0 5 10 15 20 25 0 20 40 60 80 100 Fo rz a ( KN ) Spostamento (mm) F - S
Figura 4.20: Pannello con oblò senza windows frame
96 0 5 10 15 20 25 30 35 0 50 100 150 200 250 For za (K N ) Spostamento (mm) A1 (Al 2024-T3) A2 (Al 2024-T3) A6 (Al 7475-T761) A7 (Al 7475-T761) Skin senza WF
Per poter quindi effettuare un confronto di tali risultati con quelli ottenuti dai pannelli con windows frame è stato necessario sovrapporre il grafico di figura 4.21 su quello di figura 4.19, come riportato di seguito in figura 4.22.
Figura 4.22: Confronto andamenti Carico–Spostamento dei pannelli sottoposti a carichi statici
Come si può osservare dalla figura sopra riportata l’andamento rappresentante il comportamento del singolo skin con l’oblò senza il windows frame è nettamente inferiore sia agli andamenti dei pannelli in Al 2024–T3, sia a quelli dei pannelli in Al 7475–T761. Infatti è possibile notare un breve tratto lineare e una bassa tensione di snervamento; tutto questo porta ad una bassa resistenza a carichi statici di taglio, come quelli applicati in questo tipo di prove, su tale tipologia di pannello.
Tale confronto ci è stato utile quindi per valutare e constatare l’effettiva rigidezza della struttura del windows frame, ed anche la reale rigidezza che esso trasmette al pannello stesso, conferendogli caratteristiche di resistenza notevolmente maggiori.
Inoltre, come si può notare dalla figura 4.20, lo skin in assenza di windows frame presenta delle fratture di notevole entità, enucleatesi e propagatesi nelle zone di maggior concentrazione delle tensioni di trazione nello spessore interno del foro dell’oblò. Quest’ultimo fatto non si presenta assolutamente nei pannelli con il windows frame.
