Studio numerico e sperimentale di test per la caratterizzazione dinamica di metalli sottoposti a impatto tramite torre di caduta

Background. The study of the dynamic behaviour of materials is of fundamental importance in many industrial fields, such as crash testing and forming proces- ses. The quality of the data obtained from experimental tests forms the basis for the development of reliable finite element models. However, in the intermediate strain rate regime, where significant inertial effects arise, measurement accuracy decreases substantially. Despite advances in experimental mechanics introduced by full-field measurement techniques, this regime remains one of the most challenging to characterize. Objective. This study aims to develop a novel impact tensile testing method based on the use of a drop tower for dynamic loading. Method. Initially, the system was adapted to perform tests on metallic materials. Subsequently, the test parameters were determined through an exploratory approach based on Design of Experiments (DoE) and the development of a parametric numerical model capable of reproducing the test conditions. The outcomes of this analysis were then used to design and conduct the experimental campaign. Results. Experimental tests conducted on an AA6016 aluminium alloy revealed a force response characterized by large oscillations and overall lower values compared to those obtained at different strain rates. These oscillations hinder an effective characterization of the alloy. To mitigate their effect, corrective strategies were implemented by introducing a PVC foam damper. Conclusion. The testing system was optimized to perform experiments in the intermediate strain rate regime through the use of the damper, which substantially reduced the oscillations. However, further investigations are required to identify the sources of these oscillations and to improve the dynamic characterization of the material.

Stato dell’arte. Lo studio del comportamento dinamico dei materiali è di fonda- mentale interesse in molteplici ambiti industriali, come i crash test e i processi di stampaggio. La qualità dei dati ottenuti dalle prove sperimentali è alla base della costruzione di modelli agli elementi finiti affidabili. Tuttavia, nel regime intermedio di velocità di deformazione, dove nascono effetti inerziali non trascurabili, l’accura- tezza delle misure tende a ridursi in modo significativo. Nonostante i progressi della meccanica sperimentale, introdotti dalle tecniche di misura a tutto campo, questo regime risulta ancora oggi una delle condizioni più complesse da caratterizzare. Obiettivo. L’obiettivo di questo studio riguarda lo sviluppo di una nuova metodologia di prova di trazione da impatto attraverso l’uso di una torre di caduta come metodo di applicazione del carico dinamico. Metodo. Inizialmente, il sistema è stato adattato per condurre prove su materiali metallici. In seguito, i parametri di prova sono stati stimati mediante un approccio esplorativo basato sul Design of Experiment (DoE) e sullo sviluppo di un modello numerico parametrico in grado di simulare il test. I risultati ottenuti da tale analisi sono stati infine utilizzati per la pianificazione e l’esecuzione delle prove sperimentali. Risultati. Dalle prove sperimentali condotte su una lega di alluminio AA6016 è emerso un andamento della forza caratterizzato da ampie oscillazioni e da valori complessivamente inferiori rispetto a quelli ottenuti a differenti strain rate. Le oscillazioni impediscono un’efficace caratterizzazione della lega. Per ridurne l’effetto, sono state intraprese strategie correttive mediante l’introduzione di uno smorzatore di schiuma di PVC. Conclusioni. Il sistema di prova è stato ottimizzato per condurre test nel regime intermedio grazie all’impiego dello smorzatore, che ha portato a una forte attenuazione delle oscillazioni. Tuttavia, sono richieste ulteriori indagini per identificare le fonti di oscillazione e migliorare la caratterizzazione dinamica del materiale.