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Vincenza A.M. Luprano
Caratterizzazione non distruttiva di giunzioni adesive composito/composito sottoposte ad
invecchiamento accelerato
ENEA, C.R. Brindisi S.S. 7 Appia km. 706 - 72100 Brindisi, Italy
A&T Fiera Internazionale
10a edizione
Torino, 20 aprile 2016
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Operazioni d’incollaggio Effetti ambientali: invecchiamento
termoigrometrico
concentrazione di tensione nelle estremità
Valutazione dell’affidabilità di giunti incollati composito/composito a matrice termoindurente sottoposti ad invecchiamento artificiale con
CONTROLLI NON DISTRUTTIVI AD ULTRASUONI E TERMOGRAFIA LOCK-IN
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Sviluppo di materiali compositi a matrice termoindurente con migliorate prestazioni in
condizioni di esercizio estreme
• Realizzazione pale eoliche
• Applicazioni aeronautiche
Compositi a matrice termoindurente (resina vinilestere) e rinforzo in tessuto quadriassiale 0°/+45°/90°/-45° in fibra di vetro Giunti adesivi composito/composito (geometria single-lap) realizzati con adesivi strutturali in pasta, di tipo epossidico
Norme ASTM D 3165 e ASTM D 2093 (per la realizzazione del giunto)
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1. Nomenclatura (VA+numero progressivo 01-32) ed esame visivo dei giunti
3. Elaborazione di cicli di invecchiamento
5. Realizzazione di prove di taglio a trazione
Mappatura delle giunzioni non invecchiate
Invecchiamento accelerato delle giunzioni
4. Utilizzo della procedura di controllo C-scan e termografia lock-in
Mappatura delle giunzioni invecchiate
Validazione della procedura ultrasonora Validazione analisi termografica Correlazione con le proprietà meccaniche
2. Messa a punto di una procedura di controllo C-scan
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Software di gestione Sistema di movimentazione
Strumento ultrasonoro
Squirter+sonda focalizzata a immersione con frequenza di 1Mhz
Set up sperimentale
Vincenza A.M. Luprano 7
Set up sperimentale
Definizione della frequenza di modulazione
Termografia lock – in con termocamera FLIR 640 Lampade alogene 500 W controllate da sistema MultiDES Analisi immagini con software IRTA
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Messa a punto della procedura di controllo
Scanalature
Direzione di scansione Direzione di scansione
80mm
24mm
Velocità ultrasonora: 2578m/s
Risoluzione assiale: 1mm Risoluzione laterale (orizzontale e verticale): • 1mm • 0,2mm
Memorizzazione dei segnali provenienti dall’intero volume indagato nei formati Ascan, Bscan, Cscan
Individuazione e interpretazione della sezione Cscan corrispondente allo strato adesivo
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Messa a punto della procedura di controllo
Eco proveniente dalla seconda scanalatura
Mappa UT del piano relativo alla seconda interfaccia adesivo-aderendo
Eco proveniente dall’interfaccia
Eco proveniente dalla prima scanalatura
Aree di colore blu minore ampiezza del
segnale
Difetti d’incollaggio
Aree di colore verde maggiore ampiezza del
segnale
Avvenuto incollaggio
• aree temperate ad inverno rigido • aree temperate umide con estate
moderatamente calda
Medie mensili trentennali CLINO 1961-1990
Temperatura massima Temperatura minima Umidità
Esposizione reale in ambiente naturale in un arco temporale di 1 anno
Esposizione artificiale in camera climatica in un arco temporale 1 mese
Analisi dei dati climatici
T °C U.R. % Durata
Freddo -6 - 6/12 (12 h) Mite 5 72% 2/12 (4 h) Calda 15 72% 4/12 (8 h)
La durata dell’intero ciclo è di 6 mesi
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Prova di taglio a trazione Norma ASTM D3039
Esecuzione a temperatura ambiente, in controllo di spostamento
Osservazione delle modalità di rottura Norma ASTM D5573-99
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Individuazione dei vuoti e loro dimensioni
Confronto risoluzioni: ↓ Peggiore qualità d’immagine (BR) = Stima dei difetti ↑ Minore tempo di esecuzione
dell’indagine (BR)
VA01
Bassa risoluzione
Alta risoluzione
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VA26
VA09
t=0 t=4
t=1 t=0
Vincenza A.M. Luprano 14
Immagini ultrasonore Immagini termografiche
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Modalità di rottura
t=0 t=1 t=4
VA15
VA20
VA25
VA22
VA14
VA10
LFT (Light-fiber-tear failure) All’interno dell’aderendo in prossimità
della superficie di interfaccia
Resistenza a trazione t=0 t=1 t=4
23.97MPa 19.21MPa 20.54MPa
3.71 3.35 6.73
Specimen
s
Debonded
area (%)
Shear
modulus G
(MPa)
Shear
strength
τmax (MPa)
Classes
VA13 47,56 2461,60 7,26
A
(50 - 76) %
A
(50-59) %
VA19 44,92 2401,70 5,96
VA20 44,44 2838,50 8,04
VA17 41,41 2427,80 6,51
VA21 38,38 2471,60 7,35
B
(60-69) %
VA18 33,50 2672,40 7,27
VA04 31,14 2583,20 6,29
VA01 30,62 2890,60 8,58
VA02 29,77 2594,10 7,78 C
(70-82) %
VA06 23,74 3356,30 8,38
VA15 22,94 3079,20 7,53
B
(77- 100)%
VA03 18,49 3524,20 8,42
VA09 15,40 4654,36 7,97 D
(83-90) %
VA08 14,91 4646,15 7,54
VA16 14,42 3987,40 9,58
VA05 12,31 3528,00 7,39
VA14 9,34 3690,80 9,13 E
(91-100)
%
VA12 8,27 3772,00 8,59
VA10 4,50 4935,04 8,31
VA11 0,02 5739,08 9,63
VA07 0,00 5025,10 8,42
(100) %
Vincenza A.M. Luprano 16
Table 1: Tensile and non destructive data
R-square: 0.4594
R-square: 0.8014
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Procedura sperimentale di raccolta e analisi del dato ultrasonoro e termografico in
giunzioni adesive in composito a matrice polimerica e rinforzo in fibra di vetro (GFRP) Modalità robusta in grado di visualizzare e valutare i difetti e la loro evoluzione nel tempo Tecnica che permette di dare indicazioni sul comportamento meccanico
Buona risposta all’aggressione ambientale
4° ciclo d’invecchiamento I materiali non si modificano Non vengono influenzate le prestazioni meccaniche
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Palumbo D, Tamborrino R, Galietti U, Aversa P, Tatì A, Luprano VAM ULTRASONIC ANALYSIS AND LOCK-IN THERMOGRAPHY FOR DEBONDING EVALUATION OF COMPOSITE ADHESIVE JOINTS NDT&E International 78 (2016) 1-9 R. Tamborrino, D. Palumbo, U. Galietti, P.Aversa, S. Chiozzi, VAM Luprano ASSESSMENT OF THE EFFECT OF DEFECTS ON MECHANICAL PRPERTIES OF ADHESIVE BONDED JOINTS BY USING NON DESTRUCTIVE METHODS Composites Part B 91 (2016) 337-345
Progetto MIPER (Materiali e metodologie Innovativi per Prodotti nel settore delle Energie Rinnovabili-PS095)