• materiali compositi
• certificazione
• prove sperimentali
• attrezzature

Molte tecnologie moderne richiedono l'impiego di materiali che offrano peculiari combinazioni di diverse proprietà che non possono essere presenti contemporaneamente nei materiali di più tradizionale impiego, quali le leghe metalliche convenzionali, i ceramici ed i polimeri. Quanto ora affermato è particolarmente vero per i materiali impiegati nelle applicazioni aerospaziali, sottomarine, e nell'industria dei trasporti. Per esempio, gli ingegneri aeronautici sono alla continua ricerca di materiali strutturali che presentino basse densità e al contempo buona resistenza, buona rigidezza, buona resistenza all'abrasione ed all'impatto e non siano facilmente soggetti a fenomeni di corrosione. In altre parole, viene ricercata una particolare combinazione di parecchie caratteristiche. Generalmente i materiali maggiormente resistenti sono anche relativamente densi, presentano cioè indici di bontà piuttosto bassi; inoltre, spesso l'aumento di resistenza e di rigidezza di un materiale porta anche a diminuire la sua capacità di resistenza agli impatti.

La possibilità di combinare diverse proprietà in un unico materiale e di ampliarne il campo di impiego è stata ottenuta facendo uso dei cosiddetti materiali compositi. In generale un composito risulta caratterizzato da due o più fasi chimicamente distinte, insolubili e facilmente distinguibili in modo da sfruttare nel modo migliore le caratteristiche positive di tutti i costituenti.

Molti materiali compositi sono costituiti da due fasi: matrice e fase dispersa di rinforzo. Le proprietà finali di tali materiali dipendono strettamente dalle proprietà delle fasi costituenti, dalle loro quantità relative e dalla geometria delle fasi disperse, ossia forma, dimensione, distribuzione e orientamento degli elementi di rinforzo.

Una prima classificazione di questi materiali è legata alle dimensioni della fase di rinforzo; i compositi si possono quindi distinguere in: compositi particellari e fibro-rinforzati. In campo aeronautico e spaziale, i compositi rinforzati con fibre lunghe sono quelli che trovano il maggiore impiego; ciò è dovuto ad una molteplicità di motivi, tra i quali spiccano la possibilità di ottenere una forte integrazione strutturale e l'introduzione di processi automatici nella fase di produzione e riduzioni dei pesi strutturali.

Nel primo capitolo si fornisce un quadro generale sui compositi rinforzati con fibre; si vanno a caratterizzare i materiali compositi a matrice polimerica di più comune impiego aeronautico, soffermandosi sul confronto con i materiali metallici e sui requisiti di certificazione delle strutture aeronautiche realizzate in composito.

La progettazione di una struttura aeronautica richiede una continua valutazione della sua funzione strutturale in modo da determinare se i requisiti di progetto siano o meno stati soddisfatti. Le prestazioni previste in condizioni di esercizio devono essere verificate prima dell'entrata in servizio della struttura stessa; tale valutazione si ottiene grazie alle prove sperimentali full-scale, le quali permettono di assicurare e dimostrare l'integrità strutturale. Il capitolo 2 affronta in dettaglio la problematica delle prove strutturali di certificazione, descrive le metodologie impiegate per tale scopo e illustra quali siano le normative in materia attualmente in vigore.

Per l'ottenimento della certificazione, le normative richiedono, nell'analisi di una struttura in composito, l'impiego dei cosiddetti ammissibili di progetto. Gli ammissibili vengono ricavati grazie ad un'analisi statistica dei dati sperimentali ricavati da una campagna di prove di caratterizzazione del materiale impiegato. Si tratta di più di $4000$ prove di laboratorio condotte su provini del medesimo materiale per l'ottenimento delle proprietà a livello di lamina. Questa campagna costituisce soltanto il gradino più basso del complesso di prove richieste per la certificazione. Ogni minimo cambiamento apportato alla composizione del materiale, alla stratificazione del laminato o alla procedura di fabbricazione vanifica tutte le prove svolte fino a quel momento e impone di iniziare da capo o di integrare la campagna di caratterizzazione.

Il presente lavoro di tesi, condotto presso il Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale "Lucio Lazzarino" dell'Università di Pisa, si è incentrato sulla svolgimento di una parte consistente di prove sperimentali per la caratterizzazione di due distinti materiali compositi. Nel capitolo 3 si fornisce una descrizione delle attrezzature e della strumentazione impiegata per la realizzazione delle prove sopraddette.

Il capitolo 4 parla della conduzione delle prove di trazione e di taglio, delle metodologie per l'elaborazione dei dati secondo normativa e dell'analisi statistica effettuata sui dati sperimentali ottenuti.