Capitolo 6
Conclusioni
La Resistenza Statica Residua (RSR) di un componente può essere defini-ta come la sua resistenza sdefini-tatica in presenza di una qualunque forma di danneggiamento a cui questo può andare incontro nel corso dell’intera vita operativa. Uno degli scopi della Meccanica della Frattura Lineare Elastica (MFLE) è cercare di fornire dei metodi capaci di quantificare la RSR; per quanto riguarda i materiali monolitici, i modelli sviluppati sono piuttosto attendibili e perciò correntemente utilizzati nell’industria. Nei materiali ib-ridi come i Laminati Fibra-Metallo (LFM), la presenza delle fibre genera un diverso comportamento a frattura rispetto a quello del metallo monolitico. Viene allora naturale domandarsi se gli strumenti della MFLE, sviluppati per i metalli, possano essere utilizzati per gli LFM; dal momento che le leghe di alluminio sono una parte integrante dei laminati così come la propagazione stabile della fessura è una parte del meccanismo di frattura, la Curva-R può essere un buon metodo per descrivere la resistenza statica degli LFM. Lo scopo del presente lavoro è stato perciò quello di capire se la Curva-R fosse applicabile per la stima della RSR dei Laminati Fibra Metallo e in par-ticolare del Glare. Tale metodologia, 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 dell’intaglio sia piccola se confrontata con le dimensioni del componente. Al fine di tenere conto anche dell’effetto della plasticità, la tenacità a frattura del materiale è descritta come funzione di una lunghezza di fessura modificata, la cosiddetta
lunghezza di fessura effettiva, aef f. Il calcolo di quest’ultima è stato
affronta-to prendendo in considerazione i due meaffronta-todi proposti dalla normativa ASTM, rispettivamente denominati Irwin Correction e Compliance Correction. I materiali utilizzati nel corso dell’attività sperimentale sono stati l’alluminio
CAPITOLO 6. CONCLUSIONI 89 2024, alcune varianti del Glare 3 e il Glare 4A. La decisione di eseguire una parte delle prove su una lega ampiamente studiata quale la 2024 è stata presa con lo scopo di avere un materiale di riferimento per validare la metodologia di prova e al tempo stesso utilizzare i dati così ricavati come termine di con-fronto per quelli ottenuti dal Glare.
Tutte le prove sono state condotte su pannelli CCT (Center Cracked Ten-sion) con intaglio passante, in controllo di spostamento.
Un pannello fessurato, che non sia stato opportunamente vincolato, può andare incontro a imbozzamento, anche in una prova in cui è soggetto a carichi esterni di trazione. L’entità del fenomeno dipende dallo spessore del-la del-lamiera, daldel-la rigidezza E del materiale e dalle dimensioni dell’intaglio. Il buckling può indebolire la struttura, anticipando il suo collasso : i prob-lemi sorgono soprattutto quando la determinazione della lunghezza di cric-ca effettiva, aef f, è fatta con tecniche di misura della cedevolezza
(Com-pliance method). Si è reso perciò necessario l’utilizzo di opportune guide
anti-imbozzamento che tuttavia si sono rivelate meno efficaci del previsto nel caso di alcuni pannelli di Glare 3 3/2 0.2 e Glare 4A.
La misura del COD è stata effettuata con un Clip Gage mentre quella della
aphys è stata realizzata in maniera semi-automatica attraverso l’uso di un
sistema per l’acquisizione delle immagini composto da una videocamera, un calcolatore e il software LabVIEW 6.1. La parte di codice specificatamente realizzata per la determinazione della aphys, è stata sviluppata all’interno di
un ambiente di LabVIEW denominato IMAQ; l’applicazione è stata imper-niata sull’uso di due funzioni operanti in parallelo: la IMAQ BasicParticle e la IMAQ Rake. In generale il metodo della IMAQ Basic Particle ha fornito delle stime della aphys più precise di quelle determinate dalla IMAQ Rake
che si è spesso rivelata eccessivamente sensibile alla presenza di sporco e/o graffi in prossimità della cricca, tale da impedire una corretta individuazione dell’apice.
La definizione di una Curva-R richiede la disponibilità di dati relativi al-la lunghezza delal-la cricca e al carico applicato. Nel caso di provini CCT, il calcolo del KRè stato realizzato utilizzando l’espressione 4.1. Il valore di aef f
da inserire nell’equazione viene ottenuto sommando alla lunghezza di fessura misurata, aphys, un termine che tenga conto della zona plastica, ry. Come già
spiegato, la normativa ASTM suggerisce due differenti metodi per il calcolo della suddetta lunghezza: il metodo di Irwin e il metodo della Compliance. Entrambe le tecniche richiedono la conoscenza di alcune proprietà del Glare
CAPITOLO 6. CONCLUSIONI 90 che nei casi di laminati con spessore diverso da quello nominale, sono diffi-cili da reperire in letteratura. Per sopperire a tale mancanza, si è pertanto ricorso alla “Teoria delle miscele”.
Nel caso della correzione di Irwin, il problema ha natura ricorsiva, ma sono sufficienti poche iterazioni (anche solo tre) per ottenere differenze “minime”. Per quanto riguarda la correzione mediante misure di Cedevolezza, i valori della funzione E × COD/(P/t) e l’uso della curva di calibrazione descrit-ta dall’Eq. 3.6 hanno permesso, attraverso un processo di interpolazione realizzato con l’aiuto del software MATLAB 6.5.1, una stima diretta della
aef f. Secondo quanto prescritto dalla normativa, la curva della Compliance
è stata ricalibrata ogniqualvolta la differenza tra la lunghezza dell’intaglio iniziale misurata, a0, e la lunghezza calcolata, acalc, dedotta dal valore della
pendenza del tratto lineare della curva P-COD, si è rivelata maggiore della quantità 0.003W. In questi casi viene suggerito l’uso di un modulo E “cor-retto” e inoltre si richiede che questo non differisca per più del 10% rispetto al valore proprio del materiale. Per alcune delle varianti di Glare provate, in accordo con le esperienze di De Vries e Pacchione [3], la differenza si è rivelata superiore al valore tollerato dall’ASTM. Tuttavia, sulla base di uno studio condotto da Testi [11], si può affermare che l’uso di un modulo fuori scala è comunque ammissibile.
In accordo con i dati di Veermeren [10], Bresser [7], Sutton [9] e Pacchione [3], il primo fondamentale risultato ottenuto nell’ambito della presente at-tività sperimentale, ha permesso di affermare che la Curva-R funziona cor-rettamente come parametro del materiale solo entro certi limiti dettati dal-la dal-larghezza del pannello e daldal-la lunghezza iniziale di fessura: si dovrebbe evitare di usare piccoli valori di W e grandi di 2a0. Sia le Curve-R ottenute
con misure della cedevolezza che quelle ottenute con il metodo proposto da Irwin per la correzione della zona plastica, sembrano essere una caratteris-tica intrinseca dei materiali provati dal momento che sono state costruite a partire da larghezze e lunghezze dell’intaglio diverse.
Sia per quanto riguarda il 2024 che i laminati di Glare, le Curve-R determi-nate sperimentalmente con il metodo della Compliance e il metodo di Irwin mostrano un buon accordo tra i risultati, a dimostrazione del fatto che le due tecniche sono equivalenti. Per entrambi i materiali, il tratto iniziale della curva ottenuta con il metodo di Irwin resta al di sotto di quella ottenuta con il metodo della Compliance: ciò è dovuto al fatto che, mentre nel primo caso si calcola una zona plastica e quindi una lunghezza effettiva di cricca a partire dal momento in cui il carico applicato è maggiore di zero, nel secondo
CAPITOLO 6. CONCLUSIONI 91 si stima una aef f crescente solamente quando la lunghezza fisica della fessura
prende effettivamente piede (cioè esiste un effettivo avanzamento). Tuttavia, dopo una certa estensione della cricca le curve diventano confrontabili. Per tutti i laminati provati si è riscontrato che, per elevati valori della tensione applicata, le fibre nella direzione del carico, in corrispondenza dell’apice del-la cricca, cominciano a rompersi, direttamente seguite da una propagazione negli adiacenti strati di alluminio. Un semplice esame visivo al termine della prova mette in luce che la delaminazione “statica” è generalmente piccola se confrontata con l’area interessata dalla delaminazione “dinamica” .
Sebbene l’influenza della direzione di laminazione sulla RSR di laminati di Glare non sia stato oggetto di questo lavoro, i risultati sperimentali ottenuti, confrontati con le curve di best fit (cfr. Tab. 5.1) forniscono l’indicazione che la resistenza residua di laminati provati nella direzione di laminazione è maggiore rispetto a quella dei laminati che si sono provati nella direzione T-L. Le Curve-R ottenute con il metodo della Compliance permettono di iden-tificare la presenza di buckling meglio di quanto non facciano quelle deter-minate con il metodo di Irwin; la misura del COD è infatti molto sensibile al fenomeno dell’imbozzamento che aumenta la distanza tra i due punti ove si appoggia il Clip Gage.
Delle varianti di Glare provate (cfr. Tab. 4.2), quelle in cui gli spessori richiesti degli strati metallici sono stati ottenuti per fresatura chimica, han-no mostrato una RSR inferiore ai valori attesi. In questi casi, un’analisi delle immagini riguardanti la propagazione della cricca evidenzia come i lem-bi della fessura ablem-biano, in alcuni tratti, una forma piuttosto irregolare, a “gradini”, tipica di un comportamento fragile. Si suppone pertanto, sebbene l’ipotesi non sia stata confermata da alcuna prova, che il trattamento abbia indebolito i legami costitutivi del metallo.
