Sono stati realizzati due modelli fotoelastici: il primo è mostrato in figura 3.15, il secondo in figura 3.17. Si nota una migliore penetrazione della luce nel secondo modello, dovuta ad un incollaggio migliore: diventano quindi visibili alcune frange in più, che permettono di effettuare l’analisi parametrica introducendo punti più vicini all’apice e quindi in cui il campo di sforzi è dominato dalla singolarità.
Sono state condotte due analisi: passaggio della ruota a secco per le varie fessure e in presenza di fluido per la fessura inclinata di 30 gradi, per varie posizioni della ruota.
E’ importante segnalare come ai fini dell’analisi sia di importanza fondamentale la scelta delle frange da cui ricavare i parametri da inserire nell’analisi multiparametro sopra descritta: queste dovranno essere preferibilmente quelle determinate dalla presenza della fessura e possibilmente scelte sempre con lo stesso criterio. Sarà preferibile riportare in due posizione successive le forme delle stesse frange in modo da avere una confrontabilità dei risultati ottenuti.
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Figura 3.16 – Ricostruzione delle frange in presenza di fluido per fessura inclinata di 30 gradi per il primo modello a cinque strati
Analizzando il modello scarico al polariscopio (figura 3.14) notiamo subito come la qualità dei macchinari utilizzati per la fessura, ovvero il filo della lama e la precisione nel taglio, abbiano permesso di avere tensioni residue impercettibili sul pezzo. Inoltre, avendo applicato il carico sulla ruota, risulta percettibile da un’analisi delle fotografie lo spostamento della fessura e le condizioni di contatto multiplo da questo generate e accentuate.
I risultati dell’analisi in assenza di fluido sono riportati in figura 3.19: gli an- damenti sono riportati in funzione della posizione del carico (adimensionalizzata secondo la lunghezza della fessura). Si evince un ’ritardo’ nella variazione dei valori per la fessura meno inclinata: questo è dovuto alla posizione relativa tra apice della cricca e carico, variata a causa dell’inclinazione stessa. Il campionamento fotografico è stato peraltro arrestato prima per la fessura meno inclinata, volendo intuitivamente mantenere costante la distanza di partenza tra fessura e carico. Notiamo ancora una volta la presenza di valori negativi di KI: nonostante la distanza tra le facce
della cricca sia stata ridotta in modo drastico questa non è ancora nulla. Abbiamo prima valori molto ridotti per L/a negativi, poi appena passata la bocca della cricca questi diventano positivi per l’apertura presente nella gola, che quindi si richiude riportando in campo negativo il SIF. Gli andamenti del KII e del T-stress riportano un cambio di segno deciso di valore all’attraversamento della bocca. I valori di KI
adimensionalizzato sono di un ordine di grandezza inferiore a quelli del KII adimen-
sionalizzato; è lecito quindi ipotizzare che in assenza di lubrificante la propagazione, qualora presente, avvenga mediante il secondo modo di carico.
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Figura 3.17 – Immagine ottenuta al polariscopio per il secondo modello a cinque strati fessurato in presenza di fluido
Figura 3.18 – Ricostruzione delle frange in presenza di fluido per fessura inclinata di 30 gradi per il secondo modello a cinque strati
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Figura 3.19 – KI, KII e T-stress ottenuti per il binario per inclinazioni della fessura di 30 e 60 gradi, con carico verticale di 500 N
Figura 3.20 – KI, KII e T-stress ottenuti in presenza di fluido e a secco per la fessura inclinata di 30 gradi, con carico verticale di 750 N
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assoluto sono poco affidabili a causa delle poche frange disponibili per la distanza tra carico e fessura. In figura 3.16 è riportato l’andamento della ricostruzione delle frange effettuata: si noti come questa sia estremamente precisa nell’intorno dell’apice e di qualità assolutamente migliore a quanto ottenuto con il sandwich a tre strati.
L’analisi in presenza di fluido, è stata condotta per il solo valore di inclinazione della fessura di 30 gradi. E’ fondamentale, ai fini di tale analisi, garantire l’ingresso dell’acqua nella fessura: in figura 3.14 è possibile notare la presenza di una bolla d’aria interna alla fessura, creata svuotando parzialmente la stessa applicando una pressione superiormente. La posizione della bolla lascia intuire la presenza di acqua sottostante. Sempre in figura 3.14 è mostrato il ’posizionamento’ del fluido: avendo ritenuto superficiali le sponde realizzate per il modello a tre strati, si posiziona dell’acqua al di sopra del modello, che resta posizionata grazie alla tensione superficiale propria. I risultati ottenuti dall’analisi multiparametro sono riportati in figura 3.20, insieme ai valori dei parametri della frattura ottenuti a secco con lo stesso valore di carico agente sulla ruota. L’andamento di K1 è assolutamente confrontabile per valori di L negativi; si nota invece un deciso incremento dopo il passaggio della bocca della cricca. Il fluido viene imprigionato all’interno della fessura e acquisendo pressione va ad aprire i lembi. L’apertura della fessura avviene quindi solo dopo che la ruota ha abbondantemente superato la bocca della cricca, riportando rapidamente i valori verso lo zero.
Per quanto riguarda il KII sia per L negativi che per L positivi, grazie probabil- mente alla lubrificazione introdotta che riduce la resistenza allo scorrimento delle facce della fessura, si ha un incremento in valore assoluto dei valori ottenuti. Si noti inoltre come, nel caso di contatto lubrificato, il SIF vada a zero molto prima. Questo puo’ essere giustificato dalla presenza dell’attrito, che per contatto a secco incolla le facce non permettendo loro di ritornare alla posizione originaria fino a che il carico non si sia allontanato in misura maggiore.
Gli andamenti del T-stress nei due casi sono confrontabili, si nota però una diminuzione del modulo dello stesso quando è presente il lubrificante.
In base a quanto osservato sperimentalmente sarebbe pertanto lecito ipotizzare una propagazione della fessura secondo il meccansimo dell’intrappolamento del fluido o anche per scorrimento, visto l’aumentare dei valori a causa della lubrificazione introdotta.