Post on 01-May-2015
D. Castagnetti, A. Spaggiari, E. DragoniDISMI - Università di Modena e Reggio Emilia
Gruppo di Lavoro AIAS “Tecniche di Giunzione”
Reggio Emilia – 16-17 Aprile 2009
RICERCHE A REGGIO EMILIA
SUI SISTEMI DI GIUNZIONE
AMBITO
Calcolo di grandi costruzioni incollate
Previsione del comportamento strutturale
Metodologie efficienti agli elementi finiti
Caratterizzazione adesivi
SOMMARIO
Attività di modellazione
Attività di caratterizzazione
SOMMARIO
Attività di modellazione
Attività di caratterizzazione
MOTIVAZIONE
Veloce ma impreciso
Preciso ma inefficiente
Combinare i vantaggi dei due metodi
SCOPO
Sviluppare metodi numerici
semplici, efficienti, generali, portabili, precisi
per
analisi strutturale in grandi costruzioni incollate
verifica a resistenza dell’incollaggio
previsione del collasso della struttura
METODO
Modello intensivo Modello ridotto
Tied nodes
Cohesive elements
FASI ATTIVITA’
Analisi Computazionale Sperimentale
Elastica X
Post-elastica X X
FASI ATTIVITA’
Analisi Computazionale Sperimentale
Elastica X
Post-elastica X X
S12
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0
t (M
Pa)
ANALISI ELASTICABuona previsione delle tensioni elastiche
(Castagnetti, Dragoni, IJAA 2008)
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0
Full FE modelReduced FE model
BA
A B
ANALISI POST-ELASTICABuona previsione delle tensioni post-elastiche
(Castagnetti, Dragoni, Spaggiari, in stampa su JAST)
Tempo di CPU
Riduzione media del tempo di analisi di
50 volte0
100
200
300
400
500
600
700
0 2 4 6 8 10
Spostamento (mm)
For
za (
N)
Metodo EF completoMetodo EF ridotto
Δ
FASI ATTIVITA’
Analisi Computazionale Sperimentale
Elastica X
Post-elastica X X
FASI ATTIVITA’
Giunzione T-Peel
Costruzione incollata complessa
FASI ATTIVITA’
Giunzione T-Peel
Costruzione incollata complessa
METODOT-peel (ASTM-D 1876)
Δ
e
tsa=0.1
b
e
Δ
b
t
Tied nodes
Codice EF commerciale: ABAQUS 6.7
Variabili ─ +
Spessore aderendi, t (mm) 2 3
Lunghezza di incollaggio, b (mm) 80 88
Materiale aderendi Acciaio Alluminio
METODO
5 ripetizioni 40 giunti
Henkel Loctite 9466, 2K epoxy
METODO
CAMPAGNA SPERIMENTALE
40 giunti
Adesivo Aderendi
Ten
sion
e (M
Pa)
Deformazione
0
20
40
60
80
100
120
0.00 0.10 0.20 0.30
E = 1716 MPa = 0.3
0
100
200
300
400
500
600
700
0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010
t = 3mm
E=69 GPa
E = 210 GPa t = 2mm
Criterio di Von
Mises
Alluminio Alluminio
Acciaio Acciaio
METODO
RISULTATI (Acciaio)F
orza
(N
)
Spostamento (mm)
0
300
600
900
1200
1500
0 1 2 3 4 5 60
300
600
900
1200
1500
0 1 2 3 4 5 6Displacement (mm)
Modello ridotto
t = 2mm, b = 80mm t = 3mm, b = 88mm
Prove sperimentali
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 1 2 3 4 5 6
Displacement (mm)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 1 2 3 4 5 6
Fo
rce
(N)
RISULTATI (Allumino)
t = 2mm, b = 80mm
For
za (
N)
Spostamento (mm)
t = 3mm, b = 80mm
Prove sperimentali Modello ridotto
DISCUSSIONE
Il Metodo ridotto evidenzia:
Errore rigidezza e tensioni elastiche <10%
Errore forza di picco <15%
Errore sulla energia di deformazione <40%
Forte riduzione del tempo di calcolo:
analisi 2D ≈ 50 volte più veloce
analisi 3D ≈ 350 volte più veloce
FASI ATTIVITA’
Giunzione T-Peel
Costruzione incollata complessa
CONTENUTI
Costruzione incollata complessa
Simulazione efficiente agli elementi finiti
Prove sperimentali a collasso
Confronto preliminare numerico sperimentale
GIUNTO DI RIFERIMENTO
F
Campagna sperimentale sistematica
Lato tubo quadro 25 mm 40 mm
Lamierini basi 0 2
Lamierini fianchi 0 2
Adesivo
1.5 mm
GIUNTO DI RIFERIMENTO
F
Campagna sperimentale sistematica
Lato tubo quadro 25 mm 40 mm
Lamierini basi 0 2
Lamierini fianchi 0 2
Adesivo
1.5 mm
MODELLO NUMERICOAnalisi esplicita: miglior prestazione per analisi a collasso
Adesivo Aderendi
Materiale Hysol 9466 – 2K epoxy Acciaio Fe 510
Tipo elemento Shell Coesivo
Mesh 0.4 mm 0.8 mm
LegameBilineareincrudente
σMPa
ε
Cohesive Zone Model
σMPa
60
δe δf mm
MODELLO NUMERICO
Modello ridotto
Numero elementi: 10528
Numero g.d.l: 66374
Modello completo
Numero elementi: 100098
Numero g.d.l: 470139
X
ALLESTIMENTO SPERIMENTALE
Preparazione superficiale aderendi
Deposizione adesivo Prova di flessione
CAMPAGNA SPERIMENTALE
RISULTATI
Tubo integro lato 25 mm
Plasticizzazione tubo
Tubo integro lato 40mm
Plasticizzazione tubo
Tubo incollato lato 25 mm
Plasticizzazione tubo
Tubo incollato lato 40mm
Cedimento adesivo
RISULTATI
Tubo incollato lato 25 mm Tubo incollato lato 40mm
RISULTATI
DISCUSSIONE
0
100
200
300
400
500
600
700
0 1 1 2 2 3
Picco forza
Rigidezza
Energia
Confronto numerico-sperimentale
Rigidezza: errore <10%
Forza di picco: errore <10%
Energia assorbita: comparabile
Tempo di calcolo: meno di due ore
CONCLUSIONI
Modello agli elementi finiti con pochi gradi di libertà
per
Analisi strutturale di grandi costruzioni incollate
Errori contenuti su rigidezza, tensioni e forze
Tempi di calcolo contenuti
OUTLINE
Attività di modellazione
Attività di caratterizzazione
CARATTERIZZAZIONE ADESIVI
Influenza spessore adesivo su resistenza statica
Prove su giunzioni DCB
CARATTERIZZAZIONE ADESIVI
Influenza spessore adesivo su resistenza statica
Prove su giunzioni DCB
SCOPO
Valutare influenza spessore adesivo
su resistenza intrinseca a taglio
CAMPAGNA SPERIMENTALE
Esecuzione randomizzata
CAMPAGNA SPERIMENTALE
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
40.0
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Spessore (mm)
t m
ax
(MP
a)
RISULTATITensione tangenziale massima
Scarsa influenza spessore
CARATTERIZZAZIONE ADESIVI
Influenza spessore adesivo su resistenza statica
Prove su giunzioni DCB
PROVE SPERIMENTALI SU DCB
2 adesivi: Hysol 9466, Hysol 9514
2 spessori adesivo
Geometria secondo ASTM D 3433
4 ripetizioni
Contatti
eugenio.dragoni@unimore.it
davide.castagnetti@unimore.it
andrea.spaggiari@unimore.it
SVILUPPI FUTURI
Simulazione prove di impatto su costruzioni
complesse
Ampliamento campagna di caratterizzazione adesivi