• meccanica computazionale
• meccanica della frattura
• straus7
• Virtual Crack Closure Technique

Il lavoro di questa tesi nasce dall’esigenza di implementare la tecnica della chiusura virtuale della fessura (Virtual crack closure technique, VCCT) modificata, introdotta da Valvo (2015), nel software agli elementi finiti Straus7, e successivamente applicare il foglio di calcolo a problemi della meccanica della frattura, in particolare allo studio della delaminazione nei materiali compositi.
Come noto, i compositi sono costituiti dall’unione di più materiali generalmente distinti in matrice e fibre. Questi materiali stanno trovando ampio uso in varie applicazioni strutturali, ed è quindi importante tenere conto degli effetti e del comportamento della delaminazione in quest’ultimi. Lo studio di questo fenomeno è necessario in quanto esso può influenzare le prestazione strutturali del materiale composito portandolo preventivamente al collasso e quindi ad una drastica riduzione della vita di utilizzo del materiale stesso. Per raggiungere l’obiettivo dello studio della delaminazione tramite la VCCT, si sono sfruttate le API (Application Programming Interface) di Straus7 e le funzioni che stanno al suo interno. Tali funzioni sono state richiamate scrivendo il codice con il linguaggio di programmazione Visual Basic for Applications (VBA) all’interno delle Macro di Microsoft Excel.
In primo luogo, ci siamo concentrati sulla parte del foglio di calcolo dedicata alla creazione della geometria del modello, perché essa doveva essere parametrica in modo che fosse facilmente modificabile. Infatti, il risultato ottenuto permette di posizionare la delaminazione in qualunque posizione all’interno del modello che rappresenta il provino. Il modello generato dal foglio di calcolo è costituito da una mesh più fitta nell’intorno dell’apice della fessura e una mesh più diradata nelle altre zone.
In secondo luogo, tramite le API di Straus7 è stato possibile importare i nodi che definiscono la geometria del modello, le proprietà degli elementi, i vincoli, i tipi di carichi applicati e i risultati da estrapolare dal software agli elementi finiti Straus7. Questo approccio ha consentito di ottimizzare i tempi di esecuzione rispetto allo svolgimento manuale mediante l’interfaccia grafica del software.
Oltre alla progettazione riguardante le caratteristiche del modello che il foglio andrà a generare, esso è stato concepito per eseguire un’analisi singola per una lunghezza della fessura prefissata e l’esecuzione iterativa per simulare l’estensione della delaminazione fino ad un valore stabilito a priori, creando per ogni iterazione un nuovo modello durante la crescita della fessura. L’intervallo di crescita della fessura, e quindi il numero di iterazioni, è anch’esso definito prima dell’esecuzione dell’analisi. Il poter eseguire automaticamente molteplici analisi per simulare l’estensione della fessura, senza operare manualmente, permette di studiare l’andamento del tasso di rilascio dell’energia e gli spostamenti dell’apice della fessura man mano che essa cresce con un intervallo tra i risultati molto ravvicinati.
Il foglio di calcolo progettato è stato impiegato per il calcolo dei tassi di rilascio dell’energia, gli spostamenti relativi dell’apice della fessura e il calcolo dei carichi critici, in applicazioni della meccanica della frattura, quali: “trave a doppia mensola” (DCB), “trave a doppia mensola asimmetrica” (ADCB) e “trave a doppia mensola simmetrica” (DCB – UBM).
In conclusione, il foglio progettato può essere esteso a problemi tridimensionali ma tale estensione è rimandata a studi futuri.