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)