Abstract:
Il presente lavoro riguarda la progettazione, analisi strutturale e prototipazione di strutture multi-materiale per applicazioni aeronautiche basate su geometrie complesse, realizzate mediante metodi di fabbricazione additiva (additive manufacturing, AM). L’attività di ricerca di base, condotta presso lo Smart Structures and Systems Lab del Politecnico di Torino (DIMEAS), ha condotto dapprima al deposito di alcuni brevetti e successivamente all’avvio di un progetto europeo (MIMOSA Project) con sette aziende e centri di ricerca, di cui l'autore svolge il ruolo di coordinatore di consorzio.La realizzazione di strutture multi-materiale metallo-composito è usuale in molti ambiti, come quello aeronautico, al fine di coniugare resistenza strutturale e conformazione aerodinamica delle superfici. Il collegamento fra questi tipi di materiale avviene tradizionalmente mediante rivettatura o, in casi limitati, incollaggio. L’adozione di processi produttivi innovativi, come quelli di fabbricazione additiva metallica, consente la modellazione geometrica complessa di superfici funzionali, come appunto quelle adibite alla giunzione con controparti di materiale non metallico. In questo lavoro, con la soluzione proposta, l’impiego della tecnologia a letto di polvere (powder bed fusion, L-PBF) sulla lega di alluminio AlSi10Mg ha consentito di realizzare collegamenti metallo-composito sfruttando il processo termo-meccanico di polimerizzazione dei compositi in autoclave, senza utilizzare elementi meccanici aggiuntivi di collegamento.Dopo le preliminari attività di calibrazione e ottimizzazione del processo additivo (in termini di densità e porosità del materiale, tensione limite di snervamento e modulo elastico) mediante la regolazione dei parametri del laser di fusione e del trattamento termico di solubilizzazione e invecchiamento, le attività sono state rivolte alla modellazione e validazione sperimentale della innovativa struttura multi-materiale.Simulazioni numeriche agli elementi finiti basate su modelli di adesione ampiamente usati in letteratura (CZM, cohesize zone modeling) sono state sviluppate per comprendere i meccanismi di contatto e di trasferimento di carico tra le fibre di carbonio, la matrice e gli elementi metallici tridimensionali utilizzati come elemento di connessione. Approcci di modellazione di diverso grado di complessità sono stati implementati per l’analisi locale e globale del comportamento della giunzione.Infine, prove sperimentali per la caratterizzazione in laboratorio delle strutture multi-materiale sono state condotte mediante campioni appositi, sottoposti a carico esterno uniassiale e sollecitazioni indotte locali di tipo multiassiale.