Caraviello, Antonio (2016) Studio ed analisi in ambiente FE del comportamento micromeccanico a compressione di schiume metalliche in lega di alluminio. [Tesi di dottorato]

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Le strutture cellulari sono largamente presenti in natura: ossa, legno e foglie ne rappresentano solo una parte. Queste strutture combinano una relativamente alta rigidezza e resistenza con una bassa densità, e sono generalmente utilizzate in situazioni nelle quali occorre minimizzare il peso della struttura. In tal senso, le schiume metalliche di alluminio sono prodotte con l’intento di realizzare strutture dotate di elevata resistenza al danneggiamento o alle forze impulsive, visto che la loro struttura composta da una relativamente alta presenza di vuoti omogeneamente distribuita permette di assorbire larghe deformazioni sia in trazione che in compressione. Nel presente percorso di dottorato di ricerca è stata condotta la caratterizzazione micromeccanica di una schiuma metallica, al fine di creare un modello equivalente in ambiente FE. Il modello geometrico della schiuma di Alluminio a cella chiusa, generato mediante l’utilizzo del software DIGIMAT, è stato opportunamente modellato mediante il software CAD parametrico-variazionale CATIA V5 R21. A valle della modellazione geometrica, al fine di eseguirne una prova meccanica di compressione virtuale, è stata eseguita la modellazione FE con l’ausilio del software LS-prepost. Il modello numerico è stato simulato con LS-DYNA. L’analisi è capace di predire il comportamento a compressione di una prova quasi-statica (velocita di avanzamento pari a 0.067 mm/s). Per ricavare i parametri necessari alla caratterizzazione è stato condotto uno studio morfologico di una schiuma di Alluminio, avente differente frazioni volumetriche di aria (0,77 – 0,81 – 0,86 – 0,88), prodotta in laboratorio con un precursore fornito dalla Alulight. Il precursore, costituito da una lega di Alluminio (AlSi10) con lo 0.8% in peso di TiH2 (agente schiumante), è stato ottenuto mediante tecnica PCM (Powder Compact Melting). È stato necessario quindi studiare i parametri caratteristici di una singola cella. Mediante tale analisi stocastica sono stati individuati, come valori discriminanti nel software DIGIMAT, le seguenti variabili: densità relativa - ρ*, diametro massimo delle porosità - dmax,, frazione volumetrica di aria (Vf). Sono state generate, mediante i software utilizzati, delle inclusioni per realizzare un modello equivalente (membranale) delle porosità presenti all’interno del provino. Poiché il processo di creazione della geometria risulta fortemente dipendente dalla metodologia random del software DIGIMAT, è risultato necessario creare differenti modelli CAD aventi la stessa percentuale volumetrica. Al fine di validare il modello numerico, è stato quindi effettuato un confronto statistico, numerico-sperimentale dei risultati ottenuti. In particolare è stata analizzata la curva di carico (σ-ε) con le relative grandezze tensili discriminanti.

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