Development of a digital image correlation software for full-field strain analysis of CFRP

Abstract

Le proprietà meccaniche sono tra le più importanti proprietà di ogni materiale usato in differenti applicazioni nell'industria, costruzione, medicina, etc. Il presente lavoro si è focalizzato sulla misurazione delle deformazioni. Questo studio inizia con un'indagine sui metodi di misurazione delle deformazioni. I metodi tradizionali più importanti sono introdotti. Questa indagine è stata realizzata principalmente su estensometri d estensimetri. E' presente anche una breve descrizione dei metodi a campo pieno. Il lavoro continua con un breve descrizione dei materiali compositi focalizzandosi principalmente sui materiali fibro rinforzati e specialmente sui materiali polimerici rinforzati in fibra di carbonio. La parte principale del lavoro riguarda la correlazione digitale delle immagini (DIC). Lo scopo è lo sviluppo di un software per la misurazione delle deformazioni usando il metodo DIC, presentando anche alcune applicazioni. Alcuni esperimenti sono stati progettati per i materiali compositi in fibra di carbonio, ghisa sferoidale e lega di alluminio. I risultati ottenuti con il software sono stati confrontati con un software commerciale e con alcuni campi di deformazione artificiali. Alla fine dello studio, considerando lo stretto legame che può esserci tra DIC ed elementi finiti, il lavoro si focalizza sullo sviluppo di un modello numerico, presentando un modello agli elementi finiti anisotropo e non lineare per materiali compositi multi-strato multi-assiali.

Mechanical properties are one of the most important properties of every material being used in different applications in industries, construction, medicine, etc.The present work have focused on strain measurement. This study starts with an investigation on the strain measurement methods. The most important traditional strain measurement methods are introduced. This investigation has made mainly on extensometers and strain-gages. It has also a brief review about full-field techniques. Then the work continues with a brief summary on composite materials focusing mainly on fiber reinforced composite materials and specially on carbon fiber reinforced polymers. The main part of the work deals with digital image correlation (DIC). Its aim is the development of a software for the strain measurements by DIC method, presenting also some applications. Some tests have been designed for carbon fiber reinforced plastic materials, nodular cast iron and aluminum alloy. The results of applying this software have been compared with the results of a commercial software and with some artificial strain behavior. At the end of the study, regarding to the strong relation that can be established between DIC and finite element modeling, the work focuses on the development of a numerical model, presenting an anisotropic non-linear FE modeling of non-crimp fabric composites.