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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) %

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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)