D. Castagnetti, A. Spaggiari, E. Dragoni DISMI - Università di Modena e Reggio Emilia Gruppo di...

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

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

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

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


CONTENUTI


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

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

RISULTATI

Tubo integro lato 25 mm

Plasticizzazione tubo

Tubo integro lato 40mm


Tubo incollato lato 25 mm


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

SCOPO

Valutare influenza spessore adesivo

su resistenza intrinseca a taglio


Esecuzione randomizzata

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

[email protected]

[email protected]

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SVILUPPI FUTURI

Simulazione prove di impatto su costruzioni

complesse

Ampliamento campagna di caratterizzazione adesivi

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