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Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 18041 (2022) Citare questo articolo

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Dettagli sulle metriche

Abbiamo utilizzato la vibrometria olografica digitale (DHV) come metodo non distruttivo per rilevare aree di distacco nei laminati in alluminio e polimero (polilattide, fluoruro di polivinilidene o policarbonato). A basse frequenze (fino a 30 kHz) \(A_0\) le onde di agnello sono state eccitate e l'ampiezza e gli schemi di fase della vibrazione del campione sono stati registrati simultaneamente per il lato metallico e quello polimerico del laminato. Sulla base di questi modelli sono state localizzate le aree di distacco nei laminati. Sono state studiate anche le proprietà di trasmissione alle basse frequenze in termini di: intervallo di frequenze per il quale sono state osservate onde di Lamb regolari, ampiezze delle onde di Lamb e velocità di propagazione delle onde di Lamb in funzione della frequenza. Abbiamo dimostrato che queste proprietà cambiano anche quando si verifica un difetto nel laminato. Anche quando non siamo riusciti a localizzare il difetto è stato comunque possibile rilevare se un campione era danneggiato in base al comportamento delle onde Lamb.

L'uso di laminati polimero-metallo negli ultimi anni ha guadagnato popolarità. Ciò è dovuto al fatto che sono più leggeri e hanno migliori proprietà fisiche come modulo di elasticità, resistenza alla trazione e alla flessione, tenacità, ecc. rispetto ai componenti metallici o polimerici puri1. Possono inoltre essere facilmente adattati ad applicazioni ed esigenze specifiche.

Questi laminati sono utilizzati in vari settori, tra cui quello aeronautico, automobilistico, delle apparecchiature mediche, degli elettrodomestici e altri. Sempre più aziende del settore automobilistico stanno cercando di ridurre il peso dei veicoli per migliorarne i parametri operativi e ridurre i costi di produzione. La stessa tendenza può essere osservata nel settore dell’aviazione e della costruzione navale. Metallo e polimero, se creati correttamente, possono formare un elemento che può essere facilmente montato in strutture meccaniche.

La scelta dei materiali per entrambi i partner del laminato dovrebbe basarsi su proprietà quali differenze limitate nell'espansione termica, rispetto delle condizioni ambientali, conduttività elettrica e termica, capacità di smorzare le vibrazioni strutturali e altro.

L'assemblaggio di entrambi i materiali viene oggi ottenuto direttamente durante la lavorazione senza passaggi aggiuntivi, utilizzando procedure comuni come lo stampaggio a iniezione con inserti metallici2,3,4,5,6,7. Tali metodi di giunzione sono particolarmente interessanti per la possibilità di un riciclaggio facile e completo di componenti polimerici e metallici. Cicli produttivi brevi delle giunzioni metallo-polimero possono tuttavia portare a difetti di connessione.

Nonostante la crescente familiarità con i metodi di produzione dei laminati polimero-metallo, la predisposizione alla formazione di difetti nascosti o appena visibili costituisce ancora una delle principali preoccupazioni. Tali difetti possono manifestarsi sia durante la produzione che durante lo sfruttamento di un dato elemento e possono rimanere nascosti dai controlli standard1. Guasti di questo tipo possono aumentare progressivamente nel corso del funzionamento se non rilevati e, in definitiva, avere conseguenze catastrofiche per l'intera struttura1.

Mentre i difetti superficiali in tali materiali possono essere localizzati abbastanza facilmente, i difetti interni (nascosti), la cui presenza può avere un impatto significativo sulla resistenza del prodotto finale, sono difficili da rilevare. Anche se rilevata, la sua localizzazione è necessaria anche per rimuovere o sostituire solo il pannello o parte della struttura difettosa.

I controlli non distruttivi (NDT) sono uno strumento utile per verificare la presenza di eventuali difetti nascosti nei singoli componenti. Oggigiorno sono in uso numerose tecniche NDT, come i test ad ultrasuoni8,9,10 (inclusa la vibrometria ad ultrasuoni11), la radiografia12,13,14, la vibrometria laser Doppler a scansione15,16 e la shearografia tra le altre17,18. I metodi di prova non distruttivi standard e ben noti che utilizzano le onde di Lamb vengono utilizzati per oggetti di grandi dimensioni e frequenze di eccitazione elevate, fino a 6 MHz1,19,20. Nel nostro lavoro precedente, utilizzando la vibrometria olografica21,22, siamo stati in grado di indagare sui difetti nascosti nei laminati di acciaio-poliammide uniti con un sottile strato di adesivo epossidico e nei laminati di alluminio-poliammide collegati solo mediante adesivo (senza colla). Abbiamo confrontato l'ampiezza e i modelli di fase su un campione eccitato da vibrazioni con frequenze nell'intervallo 200-30 kHz. In entrambi i casi è stato possibile rilevare e localizzare un'area di distacco misurando le differenze nei modelli di vibrazione su entrambi i lati del campione.