Studio, mediante analisi FEM di micro scala, dell'influenza del danneggiamento dell'interfaccia fibra-matrice sulle proprieta meccaniche di materiali compositi

Lo scopo del seguente lavoro è quello di studiare come la presenza di difetti nell'interfaccia fibra-matrice influisca sulle proprietà meccaniche dei materiali compositi. L'obiettivo principale è quello di valutare l'influenza che hanno la posizione, le dimensioni e il numero di difetti di interfaccia fibra-matrice sul comportamento di modelli RVE (Representative Volume Element) sottoposti a diverse tipologie di carico. Lo studio è stato effettuato mediante analisi agli elementi finiti con il software commerciale ABAQUS e sfruttando script in linguaggio PYTHON. Inizialmente si è realizzato un modello idealizzato RVE a singola fibra in cui il difetto è stato realizzato con scollatura fisica tra la fibra e la matrice, al fine di validare il modello in cui l'interfaccia viene simulata tramite materiale coesivo, il cui comportamento è simulato tramite una subroutine UMAT, ed il danno inizializzato attraverso una subroutine SDVINI. Conclusasi la fase di validazione, sono state condotte ulteriori analisi sull'RVE a singola fibra al fine di comprendere al meglio come varia la risposta del modello in termini di modalità di danneggiamento e di curve sforzo-deformazioni al variare dei parametri in gioco (dimensione e posizione del danno). Al termine di questa fase si passa allo studio di modelli più complessi in cui, sempre tramite script, viene generata una distribuzione random di fibre e di difetti. Il materiale costituente le fibre viene assunto ortotropo lineare elastico, la matrice viene modellata come un materiale elastoplastico mentre l'interfaccia è descritta con un materiale elastico fragile con comportamento bilineare. Le equazioni costitutive di matrice ed interfase vengono definite tramite subroutine in linguaggio FORTRAN (UMAT). Anche in questo caso si è andata ad osservare la risposta del problema in termini di curve sforzo-deformazioni e di modalità di danneggiamento al variare del modello di danno e della condizione di carico. Infine è stato analizzato un modello di forte spessore in modo da comprendere la propagazione di eventuali difettologie di interfaccia lungo lo spessore del materiale. Quindi si va a valutare come anche la dimensione longitudinale del difetto influisca sul comportamento del composito