Capitolo 10. Conclusioni e sviluppi futuri
Con il presente lavoro di tesi si è cercato di valutare il comportamento a damage tolerance di strutture irrigidite integrali attraverso prove sperimentali ed analisi numeriche. Grazie alle prove sperimentali condotte è stato possibile caratterizzare il comportamento dei pannelli irrigiditi integrali realizzati con le tecnologie High Speed Machining, Laser Beam Welding e Friction Stir Welding. Dai risultati ottenuti si è osservata una riduzione della velocità di propagazione dovuta alla presenza dell’irrigidimento. Tale effetto è tuttavia limitato, in tutti e tre i casi esaminati, ad un breve numero di cicli e soltanto quando la cricca è in prossimità dell’irrigidimento. Benefici effetti sulla propagazione sono ottenuti dal campo di tensione residuo introdotto con le saldature laser e friction. Lo stato tensionale di compressione così creato riesce a rallentare la propagazione della cricca in maniera significativa rispetto al caso dei pannelli realizzati in High Speed Machining, con un notevole incremento della vita a fatica. Questo risultato è interamente dovuto all’impostazione del problema, che pone nel centro della baia delimitata dai correnti l’intaglio che innesca la cricca per fatica. Le misure delle tensioni residue effettuate sui pannelli saldati laser e friction hanno mostrato infatti che la propagazione di difetti in questa zona è regolata dal favorevole campo di tensioni residue, che si oppone alla propagazione della cricca. Una situazione più vicina alla realtà prevede invece che un eventuale difetto si inneschi in corrispondenza di uno dei correnti, dato lo stato tensionale di trazione presente in tale regione e la presenza di difetti dovuti alla saldatura. Le analisi metallografiche hanno consentito a tal proposito di rilevare alcune possibili difettologie associate all’operazione di saldatura, come porosità dovute all’inclusione di gas protettivo nel bagno di fusione od incompleta penetrazione della saldatura. Le prove di resistenza statica residua condotte sono state invalidate dalle dimensioni dei provini, che hanno una larghezza insufficiente e portano alla rottura per snervamento della sezione netta. In base a ciò sarebbe opportuno realizzare provini di larghezza adeguata per stimare la resistenza statica residua in maniera corretta.
La modellazione agli elementi finiti effettuate con ABAQUS, pur nella sua semplicità di approssimare il problema in maniera bidimensionale e di non considerare gli effetti del bending del pannello, ha consentito di valutare in maniera molto efficace il fattore di intensificazione degli sforzi. Introducendo i valori così ottenuti nel codice AFGROW, si è simulato il comportamento del pannello High Speed Machining in termini di velocità di propagazione e di vita a fatica. Le tensioni residue
Capitolo 10. Conclusioni e sviluppi futuri
misurate sperimentalmente, aggiunte in AFGROW, hanno permesso di simulare le prestazioni dei pannelli Laser Beam Welding e Friction Stir Welding. Nonostante i loro limiti, i codici di calcolo numerici si sono dimostrati comunque un valido strumento per l’analisi di queste strutture. Infatti, i risultati ottenuti dalle simulazioni non si discostano molto dall’evidenza sperimentale, riuscendo peraltro a fornire indicazioni conservative. Il principale sviluppo futuro di questa analisi sarà quello di riuscire a simulare il processo di saldatura per calcolare il campo di tensioni residue che si introduce con tale operazione, in modo da ottenere valori paragonabili a quelli rilevati empiricamente e riuscire a modellare per intero il problema dal punto di vista numerico.
I risultati ottenuti nel presente lavoro hanno evidenziato i vantaggi di una struttura irrigidita integrale che, oltre ad essere conveniente dal punto di vista dei costi e dei tempi di produzione rispetto ad un’omologa struttura differenziate, può essere vantaggiosa anche per quanto riguarda il comportamento a damage tolerance. Una struttura irrigidita integrale infatti riduce la velocità di propagazione, seppure con effetti minori rispetto a quelli conseguibili dalle strutture differenziali. Significativi miglioramenti potranno essere ottenuti ottimizzando il disegno degli irrigidimenti, anche sulla base dell’esperienza e delle indicazioni fornite da questo lavoro.
