Tecniche di sperimentazione avanzate per lo studio del comportamento anisotropo di materiali ingegneristici

This paper discusses advanced experimental techniques for the study of the anisotropic behaviour of engineering materials with reference to two case studies, both characterised by anisotropic aspects. The first case concerns the description of an innovative method for the detection of yield propagation during a tensile test on specimens in a state of non-uniform deformation: specimens of a DP600 (GI50/50) steel plate were used. The heat maps were suitably processed and superimposed on the deformation maps. Validation was conducted by applying the method to a second test and detecting the yield stress according to Swift. Although the method required a correction to account for heat transfer during the test, the results are promising enough to invite further work in this direction. The second case concerns the characterisation of a composite mechanical suspension with non-linear behaviour subjected to large displacements. The best linearised orthotropic coefficients of the material are sought, which, when used in an FEM model, allow the best fit to the force-displacement curve measured experimentally. The component analysed consists of a perforated membrane of circular, non-planar shape; the suspension is fixed to its outer perimeter and serves to stabilise the axial motion of a central oscillating piston connected to the centre of the membrane. Three characterisation methods are used, the first based on ASTM D3039-08 and D3518-18, the other two being VFM and FEMU applied to results obtained from biaxial tests on cruciform specimens. The three resulting force-displacement curves, one for each method, are compared with the reference curve. It turned out that in order to correctly reproduce the non-linear behaviour at large displacements through appropriate linearisation, the VFM and FEMU methods return a better approximation than the ASTM method.

In questa tesi si parla di tecniche di sperimentazione avanzate per lo studio del comportamento anisotropo di materiali ingegneristici facendo riferimento a due casi di studio, entrambi caratterizzati da aspetti anisotropi. Il primo caso riguarda la descrizione di un metodo innovativo per l’individuazione della propagazione dello snervamento durante un test di trazione su provini in stato di deformazione non uniforme: sono stati utilizzati provini ricavati da una lamiera in acciaio DP600 (GI50/50). Le mappe termiche sono state opportunamente elaborate e sovrapposte a quelle di deformazione. La validazione è stata condotta applicando il metodo ad un secondo test e rilevando la tensione di snervamento secondo Swift. Sebbene il metodo abbia richiesto una correzione per tenere conto dello scambio termico durante il test, i risultati sono promettenti al punto da invitare il proseguo dell’attività in tal senso. Il secondo caso riguarda la caratterizzazione di una sospensione meccanica composita con comportamento non lineare sottoposta a grandi spostamenti. Si cercano i migliori coefficienti ortotropi linearizzati del materiale che, utilizzati in un modello FEM, consentano il miglior adattamento della curva forza-spostamento misurata sperimentalmente. Il componente analizzato consiste in una membrana perforata di forma circolare non planare; la sospensione è fissata al suo perimetro esterno e serve a stabilizzare il moto assiale di un pistone centrale oscillante, collegato al centro della membrana. Vengono utilizzati tre metodi di caratterizzazione, il primo basato sulle norme ASTM D3039-08 e D3518-18, mentre gli altri due metodi sono il VFM e sul FEMU applicati ai risultati ottenuti da prove biassiali su campioni cruciformi. Le tre curve forza-spostamento risultanti, una per ogni metodo, vengono confrontate con la curva di riferimento. È emerso che, per riprodurre correttamente il comportamento non lineare a grandi spostamenti attraverso un'appropriata linearizzazione, i metodi VFM e FEMU restituiscono un'approssimazione migliore rispetto al metodo ASTM.