Sviluppo, caratterizzazione e modellazione di strutture in

materiale composito "intelligente"

Prof. Alessandro Pirondi

Gruppo di lavoro

Prof. Alessandro Pirondi dr. ing. Luca Collini Gregorio Giuliese - dottorando Modellazione teorica e numerica della resistenza alla delaminazione da impatto e fatica

Prof. Massimo Messori Alberto Lazzarini - dottorando Nanomodificazione , autoriparazione e caratterizzazione di matrici polimeriche per compositi

Prof. Giangiacomo Minak Ing. Andrea Zucchelli Ali Nikbakht –dottorando Caratterizzazione delle prestazioni strutturali di compositi a matrice polimerica nanomodificati e autoriparanti

Prof. Andrea Bernasconi (ING-IND/14) Md. “Russel” Kharshiduzzaman - dottorando Monitoraggio dell’integrità di manufatti in composito e giunzioni incollate mediante fibre ottiche

Caratterizzazione delle prestazioni strutturali di compositi a matrice polimerica nanomodificati e autoriparanti

Laminato composito modificato mediante mat. nanofibrosi interposti tra gli strati

I risultati preliminari ottenuti evidenziano un miglioramento del 10% sull’energia assorbita in modo II di frattura

Attività sviluppata in collaborazione con l’RGE (www.rge.unibo.it)

Schema del processo di elettrofilatura ed esempi di fibre submicrometriche raccolte in modo casuale (A), in modo allineato (B) ed in forma incrociata (C)

(A) (B) (C)

Nanomodificazione, autoriparazione e caratterizzazione di matrici polimeriche per compositi

Tecnologia Resin Transfer Molding (RTM)

Tessuti in CF Modifica di resine epossidiche con nanoparticelle: - Preformate e miscelate meccanicamente (approccio top-down) - Generate in situ (approccio bottom-up)

Meccanismo di autoriparazione di matrici polimeriche

Monitoraggio dell’integrità di manufatti in composito e giunzioni incollate mediante fibre ottiche inserite nel materiale

Setup sperimentale Disposizione dei sensori

Spettri riflessi in funzione della posizione della cricca

Variazione del segnale in funzione della posizione della cricca (punti rossi)

Modellazione teorica e numerica della resistenza alla delaminazione da impatto e fatica

Setup sperimentale

Simulazione delaminazione

nucleazione

0.2mm

“Workpackages” del progetto

1. Aumento delle prestazioni meccaniche di materiali compositi e adesivi strutturali mediante nanomodificazione

1.1 Modifica di matrici epossidiche commerciali mediante aggiunta di nanocariche inorganiche ; 1.2 Modifica di adesivi strutturali commerciali mediante aggiunta di nanocariche inorganiche; 1.3 Caratterizzazione sperimentale del miglioramento delle prestazioni ottenute mediante nanomodificazione; 1.4 Modellazione del comportamento meccanico e del danneggiamento di compositi nanomodificati;

2. Auto-riparazione di materiali compositi 2.1 Modifica di matrici epossidiche commerciali per indurre proprietà autoriparanti; 2.2 Caratterizzazione sperimentale delle proprietà autoriparanti; 2.3 Modellazione delle capacità autoriparanti. 3. Sviluppo di un sistema di monitoraggio del danneggiamento mediante fibre ottiche inserite nel materiale 3.1 Definizione geometrie provini e schema disposizione dei sensori 3.2 Esecuzione delle prove sperimentali per la convalida del metodo 3.3 Analisi dei risultati e confronto con previsioni ottenute 3.4 Applicazione al caso di danneggiamento da impatto

Geometria provini per identificazione parametri modello danno e autoriparazione

Esperimenti per identificazione parametri modello danno e autoriparazione

Modifica resina con nanocarica

Modifica resina per autoriparazione

Produzione provini per identificazione parametri modello danno e autoriparazione

Esperimenti impatto quasi-statico con monitoraggio reticolo di Bragg

Produzione provini per delaminazione a fatica con reticoli di Bragg incorporati

Produzione provini per prove impatto con reticoli di Bragg incorporati

Geometria provini per delaminazione a fatica

Sistema monitoraggio non distruttivo con reticolo di Bragg

Prove giunti incollati con resina modificata e non

Sviluppo e convalida modello danno e autoriparazione

Prove delaminazione a fatica con monitoraggio reticolo di Bragg

Interazioni tra i partners

Impatto

Ciclo di vita dei manufatti in materiale composito fibrorinforzato Grazie all’autoriparazione si ha: - aumento della durabilità; - riduzione dei costi di manutenzione e sostituzione del manufatto danneggiato.

Nota: il progetto è in accordo con gli obbiettivi contenuti nella Strategic Research Agenda della Piattaforma Tecnologica Europea MANUFUTURE, in particolare il valore aggiunto ai prodotti manifatturieri da tecnologie abilitanti quali materiali innovativi e nuovi modelli per la virtualizzazione del processo progettuale. Il progetto è in linea con le tematiche contenute nel Programma Quadro della UE Horizon 2020 e si inserisce nell’ambito delle Alleanze Tecnologiche Italiane costituite in ottica Horizon 2020.

Grazie alla nano-modificazione si ha: - maggiore resistenza meccanica e potenzialmente meno materiale utilizzabile.

Riduzione di massa rispetto ai compositi tradizionali

impiego massivo in nuovi mercati (auto e furgoni elettrici, macchine automatiche, …)

Percorso formativo per i dottorandi

1° Anno - Analisi dello stato dell’arte sul tema specifico assegnato all’interno del progetto. - Organizzazione da parte dei docenti del progetto di corsi/seminari/attività di laboratorio in un’area di approfondimento culturale diversa dal tema assegnato ma sempre attinente al progetto. Si prevede lo spostamento dei dottorandi tra le sedi in modo da favorire l’approccio multidisciplinare - Partecipazione a workshop e conferenze pertinenti le tematiche del progetto. - Giornata collegiale del progetto a fine anno, in cui esporre e discutere lo stato dell’arte, le eventuali attività intraprese o che si previste per l’anno successivo, i corsi/seminario/attività frequentati.

2°Anno - Attività di ricerca sulla tematica assegnata - Permanenza (4-6 mesi) presso un ente di ricerca estero individuato durante l’analisi dello stato dell’arte, allo scopo di poter confrontare le attività sviluppate ed completare le competenze inerenti la tematica assegnata, dal punto di vista sia teorico e degli strumenti necessari allo sviluppo. - Partecipazione a workshop e conferenze pertinenti le tematiche del progetto. - Giornata collegiale del progetto a fine anno, in cui esporre e discutere le attività intraprese ed i risultati ottenuti e quelle previste per l’anno successivo, le esperienze formative all’estero.

3°Anno - Attività di ricerca sulla tematica assegnata. - Partecipazione a workshop e conferenze pertinenti le tematiche del progetto. - Giornata collegiale del progetto a metà anno, in cui esporre e discutere le attività intraprese ed i risultati ottenuti e programmare la stesura della tesi di dottorato - Presentazione ad esponenti del territorio regionale dei risultati ottenuti

Per ulteriori informazioni…

Prof. Ing. Alessandro Pirondi Università di Parma Dipartimento di Ingegneria Industriale Parco Area delle Scienze, 181/A 43124 Parma Tel. 0039-0521-905885 E-mail alessandro.pirondi@unipr.it Skype: alessandro.pirondi www.unipr.it

Aziende interessate a dare un contributo di indirizzo/approfondimento, ospitare i dottorandi per brevi stage, sono benvenute!