Optimization and design of tests for material characterization using simulated experiments

The aim of the doctorate is to create a simulating procedure to identify and characterize materials, therefore to discover their material properties. The used techniques are: a full-field method such as Digital Image Correlation (DIC) to retrieve the displacement and strain maps on the surface of the specimen; an inverse method, i.e. the Virtual Fields Method (VFM) to find the material parameters. So far to characterize a complex materials many experimental tests are requested. Using DIC and VFM to characterize materials allows to identify material properties by just performing one single test with heterogeneous strain field. However, the identification is influenced by the specimen shape and from the applied set-up. The research aims to create a simulating procedure that can advise, depending on the material to test, an optimized geometry and set-up to apply in order to find the searched parameters. During a real experiment, many error sources come into play and influence the identification. These uncertainties are deeply studied and then introduced in the simulator to make it more realistic and affordable. Experimental tests are carried on and then simulated to evaluate the soundness of the procedure. The numerical procedure in its actual version allows to numerically reproduce an optimization changing the set-up and the specimen geometry. The procedure has been automatized considering a DOE analysis. Therefore the procedure allows to retrieve the best set-up to apply and geometry to test to retrieve affordable properties as obtainable in real experiments, saving time and money instead of performing an experimental optimization.

Lo scopo del dottorato è creare una procedura simulativa per identificare e caratterizzare materiali, dunque per scoprirne le proprietà meccaniche. Le tecniche utilizzate sono: un metodo a campo intero come la correlazione di immagini digitali (DIC) per ottenere mappe di spostamento e deformazione sulla superficie di provini; un metodo inverso quale il metodo dei campi virtuali (VFM) per ottenere i parametri caratteristici. Ad oggi, per caratterizzare materiali complessi, sono necessari diversi test. L’utilizzo di DIC e del VFM invece permette di ottenere tali parametri eseguendo un unico test che mostri campi di deformazione eterogenei. Tale identificazione è però influenzata sia dalla geometria testata che dal set-up utilizzato. La ricerca ha come obiettivo la creazione di una procedura numerica che possa consigliare, a seconda del materiale da testare, una geometria ed un set-up ottimizzati tali da garantire i migliori parametri del materiale ricercato. Il simulatore incorpora tutte le incertezze sperimentali, che sono state studiate e debitamente approfondite durante la ricerca, che inficiano su un test reale cosi da renderlo affidabile e realistico. Molteplici esperimenti sono stati eseguiti e poi simulati per testare e validare la procedura numerica. Nella sua versione attuale, il simulatore permette di riprodurre numericamente ed in modo automatico (analisi DOE) diversi test variando i parametri di set-up e le dimensioni e geometrie dei provini. La procedura fornisce dunque tutti i parametri che garantiscano una identificazione realistica e valida, riducendo costi e tempistiche che sarebbero altrimenti decisamente maggiori qualora l’ottimizzazione venisse fatta sperimentalmente.