Post on 16-Mar-2016
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Università di Genova Dipartimento di Ingegneria della Produzione,
Termoenergetica e Modelli Matematici
Gruppo di ricerca su adesivi e giunzioni innovative
DIPTEM
Potenzialità del gruppoDIPTEM
• Prove sperimentali anche su prototipi :
− statiche− statiche a bassa ed alta temperatura− fatica (225 Hz)− creep− nebbia salina− umidità
• Analisi statistica dei risultati sperimentali• Analisi strutturale
− metodi analitici− metodi numerici (FEM)
Attività di ricerca svolteDIPTEM
•Ampia campagna sperimentale, con particolare riferimento ad adesivi epossidici e silano modificati
•Prove sperimentali statiche a taglio, sia a temperatura ambiente sia a bassa temperatura (T= -50°C)
•Diverse geometrie: - le più comuni: single lap, double lap, single strap - campione piegato a 90° e a 45°/135° - giunti tubolari (in corso)
•Successive analisi numeriche, sia in campo statistico, sia FEM
Obiettivi delle prove a temperatura ambiente
DIPTEM
Limitata disponibilità di dati sperimentali Necessità di indicazioni generali relative alla variazione
dei carichi di rottura in funzione di parametri geometrici significativi quali:
Lunghezza di sovrapposizione Spessore dello strato di adesivi Spessore degli aderendi
Combinazione di varie tipologie di adesivi con differenti tipi di aderendi
Analisi di approfondimentoDIPTEM
• Maggiore attenzione sulle tipologie di giunti più comuni (single- lap e double-lap)• Selezione di 4 resine epossidiche diverse • Metodologia seguita: - opportuna analisi statistica dei dati sperimentali (prove statiche a taglio) - creazione di una superficie di interpolazione allo scopo di stimare altri carichi di rottura - confronto dei dati stimati con risultati sperimentali derivanti da prove condotte appositamente
Configurazioni esaminateDIPTEM
Single-lap
Double-lap
Materiali utilizzatiAdesivi
DIPTEM
2 monocomponenti e 2 bicomponenti:
M1= 9514 r= 43.9 MPa E= 3249 MPaM2= 9533 r= 33.6 MPa E= 1444 MPaB1= 3425 r= 32.7 MPa E= 2179 MPaB2= 9461 r= 27.6MPa E= 2407 MPa
Lega AA2024-T3 Re= 345 MPa, E= 70000 MPa
Acciaio da carpenteria S355 Re= 355 MPa, E= 210000 MPa
Aderendi
Attrezzature utilizzate per la preparazione dei campioni
DIPTEM
corretto allineamento dei lamierini
spessore adesivo costante
spigolo vivo alle estremità della sovrapposizione
Procedure operativeDIPTEM
Garanzia di :
Ripetibilità di varie operazioni (preparazione superfici, applicazione adesivo, tempo di cura, temepratura di reticolazione)
Stabilità dimensionale dei campioni Stabilità dei parametri di prova
Normative di riferimento:
ASTM D2651: “Standard Guide for Preparation of Metal Surfaces for Adhesive Bonding”
ASTM D1002-2001: “Standard Test Method for Apparent Shear Strength of Single-Lap-Joint Adhesively Bonded Metal Specimens by Tension Loading (Metal-to-Metal)”
ASTM D 3528-98: “Standard Test Method for Strength Properties of Double Lap Shear Adhesive Joints by Tension Loading”
DIPTEM
RisultatiAdhesive B1 Adhesive B2 Adhesive M1 Adhesive M2 Geometry
F [N] (ds/F %) F [N] (ds/F %) F [N] (ds/F %) F [N] (ds/F %) S1/Al/0.5/1.5/5 2818.13 7.39 2680.97 6.72 4845.05 1.73 2341.88 8.56 S1/Al/0.5/1.5/8 3814.06 6.45 4246.88 1.81 5642.86 3.7 2712.72 7.04
S1/Al/0.5/1.5/12.5 4321.18 11.46 5384.80 3.36 7273.93 4.19 3121.03 6.4 S1/Al/2/1.5/5 1629.41 20.58 1864.36 13.96 2603.50 8.39 1475.74 17.72 S1/Al/2/1.5/8 2103.12 6.18 2416.05 6.05 3232.91 6.09 1977.14 5.34
S1/Al/2/1.5/12.5 2962.28 30.44 2971.80 6.08 3943.35 4.66 1978.03 11.23 S1/Al/0.5/3/5 2650.49 6.09 3196.59 13.62 4968.24 21.14 2750.82 22.25 S1/Al/0.5/3/8 3629.15 7.84 4852.42 10.13 8617.71 3.37 4210.30 12.35
S1/Al/0.5/3/12.5 6934.20 4.17 7223.13 7.03 11106.15 5.83 6505.58 13.66 S1/Al/2/3/5 2170.43 9.71 2477.77 5.17 3981.45 9.69 1835.15 9.82 S1/Al/2/3/8 3456.43 7.52 3527.55 20.56 6498.34 2.59 3058.16 12.69
S1/Al/2/3/12.5 3556.00 28.48 5521.33 7.01 7254.88 2.14 3692.53 4.98
DIPTEM
Influenza dello spessore di adesivo
SINGLE LAP
ACCIAIO - spessore 1.5 mm
DOUBLE LAP
ACCIAIO
DIPTEM
Analisi statistica Test di Student unilaterale Livello di confidenza prestabilito (95 ÷ 99%) Creazione di superfici interpolanti (Mathcad) (regressione “multivariate” → funzioni polinomiali → superficie
interpolante)
↓Modello previsionale per il comportamentodel giunto incollato
- Variabili: spessore adesivo lunghezza sovrapposizione- Parametri: aderendo spessore aderendo
DIPTEM
Confronto tra carichi rottura “stimati” e sperimentali
Carico rottura [N] per spessore aderendo 1.5mm
Adesivo B1Single- lap
Sperimentale Mathcad
B1-S1-1-1.5-5 2082 2496
B1-S1-1-1.5-12.5 3229 3479
Carico rottura [N] per spessore aderendo 3mm
Adesivo B1Single- lap
Sperimentale Mathcad
B1-S1-1-3-5 2247 1496
B1-S1-1-3-12.5 5963 6009
Aderendo : Acciaio S355
DIPTEM
Prove statiche a bassa temperatura (T= -50°C)
0
2000
4000
6000
4 6 8 10 12 14Overlap [mm]
Load
[N]
3421 T room3421 T-50 °C
0
2000
4000
6000
4 6 8 10 12 14Overlap [mm]
Load
[N]
3425 T room3425 T-50 °C
F% = -35% ls = 12.5mmF% = -11% ls = 5mm
Adesivo 3421
F% = -17% ls = 12.5mmF% = -10% ls = 5mm
Adesivo 3425
DIPTEMDIPTEM
Prove di piega su scatolatiDIPTEM
DIPTEM
Prove di piega su scatolatiDIPTEM
DIPTEM
Prove di piega su scatolatiDIPTEM
Prove di piega su scatolatiDIPTEM
0 20 40 600
5000
10000
15000
Allungamento in mm
Car
ico
in N
DIPTEM
Giunti ibridi incollati-saldati
PRIN 2007 Attualmente in fase di studio i parametri di saldatura per
metodologia weld- through
DIPTEM
Giunti ibridi incollati-saldati
Flow-in Weld- through
DIPTEM
Analisi FEMDIPTEM
H element P element
N° elementi spessore adesivo
6 2
N° elementi spessore aderendo
6 2
N° elementi lunghezza sovrapposizione
40 6
N° totale elementi 1620 108
N° totale nodi 5277 421
Spessore adesivo = 0.5mmSpessore aderendo = 1.5 mmLunghezza sovrapposizione = 12.5 mmLunghezza totale campione = 190 mm
DIPTEMDIPTEM
Analisi FEMDIPTEM
DIPTEM
DIPTEM
Attrezzature disponibili
• Macchine di prova Zwick e Amstler (-70°C ÷ +1100°C)• Macchina per prove di fatica Mayes• Macchina per prove di creep ATS (Applied Test System) • Metallizer Balzers Union SCD 040• Microscopio ottico Reichert-Jung MeF3A• Microscopio stereoscopico Zeiss• Rugosimetro Taylor and Hobson • Macchine per preparazione campioni metallografici (Hot mounting
press LaboPress3 eTegrapol31)• Durometri (Vickers, Rocwell, Brinell)• Microdurometri • Codici FEM (Ansys vers. 11)