Modello base

L’ultima sezione di un braccio di un sollevatore telescopico come quelli prodotti dalla Merlo S.p.a. possono raggiungere ingombri massimi di più di 3m. Inoltre, mentre si utilizza il sollevatore con agganciata alla zattera una pala per caricare il materiale non si dovrebbe tenere il braccio completamente sfilato. Queste due osservazioni unite ai limiti di nodi ed elementi che il PC utilizzato può supportare, innanzitutto si è preso in considerazione solo un troncone della sezione finale del braccio. L’ingombro massimo di questo troncone è dell’ordine di grandezza dei 0,5m. I componenti reali così troncati sono osservabili nella figura 4.1.

Figura 4.1 Vista in sezione del troncone dei componenti reali della struttura del’ultima sezione di un braccio a due sezioni con saldata la testata.

Questo modello geometrico di partenza è stato innanzitutto privato di fori e scavi che comportano effetti trascurabili ai fini delle simulazioni. È stata rimossa la boccola interna al braccio che fa da guida allo stelo del martinetto idraulico di sfilo, di conseguenza anche il foro della lamiera su cui era saldata la boccola. Sono stati rimossi i lamierini tondi che servono a garantire il passaggio delle condotte senza che si rovinino, attraverso gli scavi nella piastra della testata saldata sul braccio. È stata modificata la geometria della boccola saldata sulla piastra di

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fondo della testata per evitare di modellarne le saldature che hanno geometrie complesse. Si è infine modellato il cordone si saldatura ad angolo tra testata e braccio, lungo tutto il perimetro di quest’ultimo secondo le prescrizioni che sono fornite nei disegni ufficiali. Anche i cordoni di saldatura interni per fissare la lamiera che supporta la boccola di guida sono stati modellati.

Tutte queste modifiche a livello geometrico sono applicate nella figura 4.2.

Figura 4.2 Sezione del braccio e della testata dopo tutte le modifiche a livello geometrico.

Le lamiere e le piastre che formano la testata sono state collegate tra loro e con la boccola per il perno della zattera imponendo dei contatti di tipo bonded. La piastra di base della testata e le lamiere piegate a C che formano il braccio hanno tra di loro delle superfici di contatto che teoricamente trasmettono solo delle forze normali di compressione. Per modellare questo comportamento bisogna usare contatti di tipo frictionless. Questa tipologia di contatto introduce nella soluzione del problema calcoli di tipo iterativo perché bisogna controllare se le superfici degli elementi collegati in questo modo sono a contatto o meno. Tutto ciò comporta un livello maggiore di complessità di calcolo e un aumento notevole di tempo di simulazione, mettendo a rischio la convergenza stessa della soluzione. Per questi motivi si compiranno prima simulazioni sopprimendo questi contatti, verificando successivamente di quanto è grossolana questa approssimazione.

Si è quindi verificato se fosse possibile ridurre ancora di più l’estensione del modello geometrico riducendo la testata alla sola piastra saldata direttamente sul braccio. Si sono quindi confrontati i risultati delle simulazioni con i due modelli. I vincoli sono stati posti come un supporto fisso sulla superficie all’estremità non saldata del braccio in tutti e due i casi. Come si vede in figura 4.3 per il modello semplificato la forza è stata applicata sotto forma di forza remota. Questa opzione permette di specificare le coordinate in cui si trova applicata la forza che viene poi durante la soluzione trasposta sulla superficie di applicazione con i dovuti momenti. La superficie di applicazione si è ottenuta facendo uno scavo si 0,1mm sulla superficie esterna della piastra della forma delle impronte delle lamiere che nella realtà sono saldate sopra per formare la testata. L’intensità, la direzione della forza e le coordinate della forza sono le stesse del modello con la testata completa, dove è applicata al centro della boccola come si vede in figura 4.4. La mesh del braccio, dei suoi componenti interni, del cordone di saldatura e per lo più della piastra di base della testata è la stessa per tutti e due i modelli.

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Figura 4.3 Carichi e vincoli per il modello con la sola piastra della testata.

Figura 4.4 Carichi e vincoli per il modello con la testata completa.

Osservando le figure 4.5, 4.6, 4.7 e 4.8 si può notare come l’andamento delle tensioni equivalenti sul braccio sia differente nei due modelli. Per capire di quanto si sono presi dei punti di riferimento come in figura 4.9 lungo il braccio in vicinanza della saldatura e lungo il cordone stesso di saldatura dove poter verificare i valori di tensione equivalente ottenuti con i due modelli differenti. I punti sono stati numerati da sinistra verso destra. Dalle figure 4.10 e 4.11 si nota che i valori e gli andamenti delle tensioni equivalenti sono molto differenti per i due modelli. In media distano del 15%. In particolar modo le differenze si notano nelle zone in cui il braccio ha le curvature.

Si conclude che è necessario mantenere l’intera testata nelle simulazioni. Per alleggerire il modello però non si specificheranno particolari caratteristiche per la mesh delle lamiere della testata lasciandola effettuare con le impostazioni automatiche del programma che creano elementi di grandi dimensioni. Verrà invece affinata con attenzione la mesh della piastra d’interfaccia, del cordone di saldatura, delle lamiere che compongono il braccio ed i suoi componenti interni.

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Figura 4.5 Tensioni equivalenti vista con l’asse X entrante del modello con solo la piastra.

Figura 4.6 Tensioni equivalenti vista con l’asse X entrante del modello con tutta la testata.

Figura 4.7 Tensioni equivalenti vista con l’asse Z entrante del modello con solo la piastra.

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Figura 4.8 Tensioni equivalenti vista con l’asse Z entrante del modello con tutta la testata.

Figura 4.9 Posizione dei punti presi come campione per i grafici delle tensioni equivalenti.

Figura 4.10 Tensioni equivalenti lungo i punti campione sul braccio.

0 20 40 60 80 100

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Tensione Equivalente [%]

punto

Solo Piastra Testata Intera

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Figura 4.11 Tensioni equivalenti lungo i punti campione sul cordone di saldatura.