Analisi del comportamento ad impatto in materiali compositi con matrice termoplastica

La tesi presenta la storia e le caratteristiche dei materiali compositi con particolare riguardo ai CFRP, alle resine termoplastiche e ai materiali termoindurenti. Sono, poi, riportati i risultati di alcuni esperimenti condotti su questi materiali con lo scopo di analizzarne le proprietà e capire se possono essere adatti o meno ad un particolare utilizzo. In seguito, si procede con l'analisi del comportamento dei materiali compositi quando vengono soggetti ad impatti a bassa energia, al fine di verificare la variazione subita dalle proprietà dei materiali stessi. Da ultimo, lo studio tratta l'impiego dei CFRP, delle resine termoplastiche e dei materiali termoindurenti nell'industria aerospaziale ed automobilistica.

Valutazione degli effetti dei parametri operativi nel processo di laser ablation su materiali compositi CFRP a matrice epossidica

L’attività sperimentale presentata in questo elaborato riguarda lo studio di una particolare applicazione che impiega la tecnologia laser per la lavorazione di materiali compositi ed è stata interamente svolta, in particolar modo nella sua parte operativa, presso i laboratori della Facoltà di Ingegneria a Bologna. Il lavoro di tesi ha come obiettivo fondamentale la valutazione degli effetti che i parametri di processo possono avere sulla qualità risultante nel procedimento di ablazione per i materiali compositi. Per questa indagine sono stati utilizzati campioni piani (tutti identici tra loro) con rinforzo in fibra di carbonio e matrice in resina epossidica, i quali sono stati lavorati con un laser Nd:YAG (λ = 1064 nm) funzionante in regime continuo. L’idea alla base dell’intera attività sperimentale è stata quella di realizzare una ablazione ottimale, rimuovendo dai campioni esclusivamente la resina (in maniera locale) e tentando, allo stesso tempo, di ottenere il minimo danneggiamento possibile per le fibre. Le prove effettuate non costituiscono naturalmente un punto di arrivo, bensì rappresentano piuttosto un punto di partenza per acquisire informazioni preliminari che potranno consentire, nel prossimo futuro, di proseguire con il perfezionamento del processo e la messa a punto dei parametri, al fine di conseguire una lavorazione che dia risultati effettivamente ottimali ed interessanti per l’eventuale applicazione industriale.

Studio del decadimento delle proprietà meccaniche di compositi CFRP sottoposti a invecchiamento termico

I componenti del carbonio in ambito strutturale (aeronautico, navale, automobilistico) sono soggetti a deterioramenti ambientali di difficile determinazione, in particolare alla temperatura e all'umidità. Scopo di questa tesi è determinare i danneggiamenti dei materiali compositi CFRP in funzione di un invecchiamento a diverse percentuali della temperatura di transizione vetrosa Tg. In particolare si vuole studiare e approfondire il processo di reazione della matrice e del carbonio. Per meglio descrivere il procedimento di deterioramento e reazione del materiale composito dovuto ad alti livelli di temperatura, mi sono avvalso del supporto pratico dell’azienda “Riba Composites” di Faenza che in particolare si occupa della prototipazione e produzione di componenti strutturali in materiali compositi avanzati e che si è dimostrata leader nel settore dei compositi CFRP. Pochi studi sono stati condotti su tale argomento. Da qui il mio interesse specifico nel volere studiare e dimostrare come questo processo possa ulteriormente apportare un aiuto agli studi in ambito strutturale già effettuati e pubblicati precedentemente. La dimostrazione pratica della seguente tesi è avvenuta, con l’aiuto dell’Ing. Paolo Proli, nel laboratorio di MaSTeR Lab dell’Università di Bologna, dove si è deciso di eseguire vari invecchiamenti termici a diverse temperature per constatare i livelli di deterioramento e influenza delle variazioni di temperatura sulla matrice del composito preso in analisi. Gli effetti di tale studi sono stati sostenuti anche grazie alla guida del Professore Lorenzo Donati, e verranno dettagliatamente evidenziati nello specifico con spiegazioni in ambito teorico e dimostrazioni pratiche affiancate da schemi dimostrativi e supporto grafico.

Secondary collisions revisited: real-world crash data and relationship to crash test criteria

Objectives: Previous research conducted in the late 1980s suggested that vehicle impacts following an initial barrier collision increase severe occupant injury risk. Now over 25years old, the data are no longer representative of the currently installed barriers or the present US vehicle fleet. The purpose of this study is to provide a present-day assessment of secondary collisions and to determine if current full-scale barrier crash testing criteria provide an indication of secondary collision risk for real-world barrier crashes. Methods: To characterize secondary collisions, 1,363 (596,331 weighted) real-world barrier midsection impacts selected from 13years (1997-2009) of in-depth crash data available through the National Automotive Sampling System (NASS) / Crashworthiness Data System (CDS) were analyzed. Scene diagram and available scene photographs were used to determine roadside and barrier specific variables unavailable in NASS/CDS. Binary logistic regression models were developed for second event occurrence and resulting driver injury. To investigate current secondary collision crash test criteria, 24 full-scale crash test reports were obtained for common non-proprietary US barriers, and the risk of secondary collisions was determined using recommended evaluation criteria from National Cooperative Highway Research Program (NCHRP) Report 350. Results: Secondary collisions were found to occur in approximately two thirds of crashes where a barrier is the first object struck. Barrier lateral stiffness, post-impact vehicle trajectory, vehicle type, and pre-impact tracking conditions were found to be statistically significant contributors to secondary event occurrence. The presence of a second event was found to increase the likelihood of a serious driver injury by a factor of 7 compared to cases with no second event present. The NCHRP Report 350 exit angle criterion was found to underestimate the risk of secondary collisions in real-world barrier crashes. Conclusions: Consistent with previous research, collisions following a barrier impact are not an infrequent event and substantially increase driver injury risk. The results suggest that using exit-angle based crash test criteria alone to assess secondary collision risk is not sufficient to predict second collision occurrence for real-world barrier crashes.

Secondary Collisions Revisited: Real-World Crash Characteristics and Relationship to Crash Test Criteria

Previous research conducted in the late 1980’s suggested that vehicle impacts following an initial barrier collision increase severe occupant injury risk. Now over twenty-five years old, the data used in the previous research is no longer representative of the currently installed barriers or US vehicle fleet. The purpose of this study is to provide a present-day assessment of secondary collisions and to determine if full-scale barrier crash testing criteria provide an indication of secondary collision risk for real-world barrier crashes. The analysis included 1,383 (596,331 weighted) real-world barrier midsection impacts selected from thirteen years (1997-2009) of in-depth crash data available through the National Automotive Sampling System (NASS) / Crashworthiness Data System (CDS). For each suitable case, the scene diagram and available scene photographs were used to determine roadside and barrier specific variables not available in NASS/CDS. Binary logistic regression models were developed for second event occurrence and resulting driver injury. Barrier lateral stiffness, post-impact vehicle trajectory, vehicle type, and pre-impact tracking conditions were found to be statistically significant contributors toward secondary event occurrence. The presence of a second event was found to increase the likelihood of a serious driver injury by a factor of seven compared to cases with no second event present. Twenty-four full-scale crash test reports were obtained for common non-proprietary US barriers, and the risk of secondary collisions was determined using recommended evaluation criteria from NCHRP Report 350. It was found that the NCHRP Report 350 exit angle criterion alone was not sufficient to predict second collision occurrence for real-world barrier crashes.

Automobile consumer information study crash test program. Volume I. Summary report. Final report.

National Highway Traffic Safety Administration, Washington, D.C.

Heavy truck pilot crash test rollover.

National Highway Traffic Safety Administration, Washington, D.C.

Vehicular crash test of a continuous concrete median barrier without a footing. Final report.

Federal Highway Administration, Washington, D.C.

FMVSS 208 RM crash simulation support: a crash test of a 1986 Volkswagen Golf into a fixed 30 degree oblique barrier with a closing velocity of 48.4 kph. Test report.

Mode of access: Internet.

Minicars Research Safety Vehicle to 1979 Dodge Challenger crash test report - frontal aligned impact at 86.52 mph closing speed.

National Highway Traffic Safety Administration, Office of Vehicle Safety Compliance, Washington, D.C.

Results of a 30 degree angled barrier crash test on the Calspan RSV conducted in England.

National Highway Traffic Safety Administration, Washington, D.C.

Research safety vehicle (RSV) crash test report: test no. 3054-1 - 41 mph flat barrier frontal impact. Final report.

National Highway Traffic Safety Administration, Washington, D.C.

Heavy truck pilot crash test - frontal impact.

National Highway Traffic Safety Administration, Washington, D.C.