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nguyendieu
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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 [email protected] Skype: alessandro.pirondi www.unipr.it
Aziende interessate a dare un contributo di indirizzo/approfondimento, ospitare i dottorandi per brevi stage, sono benvenute!