Danni e fallimento della modellazione dei materiali compositi
Nonostante l’elevata penetrazione di materiali compositi in nuovi aerei, i produttori fanno ancora moltissimo affidamento su metodi empirici che non possono prevedere con precisione la risposta dei materiali compositi a carichi esterni. La possibilità di modellare accuratamente la frattura dei compositi consentirebbe notevoli risparmi sul peso dei telai e miglioramenti nella progettazione del materiale stesso. Nell’ambito del progetto MULTIFRAC (Multiscale methods for fracture), gli scienziati hanno prodotto modelli avanzati che descrivono il fallimento del materiale integrato in un quadro di progettazione che consente la progettazione computazionale di nuovi materiali. I membri del progetto hanno sviluppato metodi computazionali per l’analisi della frattura di nanotubi di carbonio per il rinforzo di polimeri su diverse scale di lunghezza. Simulazioni condotte su scala nanometrica hanno aiutato a prevedere ad esempio il comportamento dell’interfaccia tra il polimero e il nanotubo di carbonio. Il team ha poi utilizzato una tecnica di accoppiamento simultaneo per incorporare i settori a scala fine intorno alla frattura macroscopica, considerando il resto del settore come materiale omogeneizzato. Questo approccio è stato successivamente perfezionato per descrivere tipi di fratture più complesse su scala fine e poi scalarli in semplici schemi a livello macro. Le proprietà del materiale in zone lontane dalla frattura macroscopica sono state ridimensionate sia da un approccio gerarchico che semi-concorrente. Gli esperimenti condotti hanno tenuto il passo con i risultati della simulazione. I materiali compositi nella costruzione di aeromobili hanno dimostrato il loro potenziale di creazione di velivoli più leggeri e che bruciano meno carburante. Comprendendo sufficientemente la loro tolleranza al danno, i produttori saranno in grado di migliorare la progettazione dei materiali compositi, rendendo gli aerei più sicuri.
Parole chiave
Danni, modellazione del fallimento, materiali compositi, velivolo, frattura, MULTIFRAC
