La ricerca sui materiali avanzati presso l'Università di Manchester ha dimostrato per la prima volta un quadro completo dell'evoluzione del danno nei compositi tessili intrecciati. Questo potrebbe aprire la strada a nuove possibilità di progettazione e implementazione per gli ingegneri aerospaziali di prossima generazione.

I materiali compositi ad alta specifica possono essere progettati con precisione per adattarsi alle applicazioni con sicurezza grazie alle nuove tecniche di imaging. I compositi tessili, in particolare, offrono un grande potenziale nella creazione di strutture leggere e resistenti ai danni. Però, la loro diffusione nel settore manifatturiero di alto valore è stata inibita dalla mancanza di dati adeguati sulla progettazione e sulle prestazioni dei materiali.

Come risultato di una nuova ricerca pubblicata oggi nel Journal of Composites Science and Technology , i compositi tessili intrecciati potrebbero essere progettati con sicurezza per applicazioni che vanno da, alberi di trasmissione aerospaziali e automobilistici, ad attrezzature sportive come mazze da hockey. La tecnologia dell'intreccio ha avuto un inizio umile nell'industria tessile per la realizzazione di articoli come i lacci delle scarpe. Oggi, l'integrazione di robotica e sistemi industriali avanzati ha spinto questa tecnologia nel dominio della produzione di alto valore in settori quali, aerospaziale, automobilistico ed energetico.

Ora, per la prima volta, esclusivi processi di imaging 3D hanno fornito dati in tempo reale sulle prestazioni dei tubi compositi in fibra di carbonio sotto carico strutturale, che fornisce un modello per massimizzare l'efficienza dei materiali utilizzati in tutta l'industria.

La ricerca innovativa è stata condotta da un team dell'Università di Manchester e potrebbe prolungare la durata dei sistemi meccanici dipendenti dai materiali dimostrando in modo definitivo i punti di carico e stress in cui il danno inizia e progredisce dallo stato di danno subcritico a quello critico.

Utilizzando dati in tempo reale sul tensore di sollecitazione e danneggiamento insieme allo sviluppo di strumenti di progettazione di compositi su misura, i futuri compositi saranno progettati scientificamente piuttosto che imitando i progetti attuali che giocano con i requisiti e le debolezze dei metalli attualmente utilizzati nell'industria.

Gli scienziati che guidano questa ricerca sono anche eminenti scienziati dell'Henry Royce Institute di prossima apertura, con sede presso l'Università di Manchester. Un tema chiave per la Royce è nelle prestazioni e nel degrado per consentire la progettazione di nuovi materiali, sistemi e rivestimenti per una vasta gamma di applicazioni, tra cui; energia, marino, aerospaziale e automobilistico.

Professor Phil Withers, Capo scienziato della Royce, ha dichiarato:"L'imaging a raggi X in situ ci ha permesso di far luce sulla natura 3-D dell'inizio e della propagazione dei meccanismi di danno nei tubi compositi per la prima volta".

I materiali testati ed esaminati in questo lavoro erano tubi compositi in fibra di carbonio intrecciati che sono fabbricati intrecciando i fili di fibra in un'elica interlacciata continua. I recenti progressi mostrano che esiste un ampio margine per adattare la struttura intrecciata per soddisfare requisiti di servizio specifici. Questa flessibilità sfida anche il processo di progettazione e produzione dei compositi intrecciati. Ciò significa che il modo in cui gli ingegneri sviluppano le applicazioni può iniziare a essere visto sotto una luce diversa per le prossime generazioni di aeromobili, ad esempio.

Prof Prasad Potluri, Il direttore della ricerca del Northwest Composites Center ha dichiarato:"Questa è una fantastica opportunità per spingere la tecnologia di trecciatura avanzata attraverso i livelli di prontezza della tecnologia con l'aiuto della struttura di imaging a raggi X in situ presso l'Henry Royce Institute".

La carta, "Evoluzione del danno nei tubi compositi intrecciati sottoposti a torsione studiata dalla tomografia computerizzata a raggi X in situ, "di Withers, Potluri et al è disponibile in Journal of Composites Science and Technology .