II
Indice
SOMMARIO... I INDICE ...II INDICE DELLE FIGURE ... IV INDICE DELLE TABELLE...VII ABBREVIAZIONI... VIII
INTRODUZIONE... 1
1 GENERALITÀ SULLE SHORT CRACKS ... 5
1.1 FILOSOFIE PROGETTUALI PER LE STRUTTURE AERONAUTICHE... 5
1.2 INTERPRETAZIONE DEL FENOMENO DELLA FATICA... 13
1.3 DEFINIZIONE DI SHORT CRACK... 18
1.4 MECCANICA DELLA FRATTURA PER LE SHORT-CRACKS... 19
1.5 DETERMINAZIONE DEL FATTORE DI INTENSITÀ DEGLI SFORZI... 28
2 METODO DI ANALISI DELL’IMMAGINE ... 34
2.1 GENERALITÀ... 34
2.2 METODI DI RILEVAZIONE DELLE SHORT CRACKS... 36
2.3 SISTEMA DI ILLUMINAZIONE... 45
2.4 PROCEDURA DI ACQUISIZIONE CON TELECAMERA ABBINATA A TUBO PROLUNGA... 49
2.5 PROCEDURA DI ACQUISIZIONE CON TELECAMERA ABBINATA AD UN MICROSCOPIO... 50
2.6 STRUTTURA GENERALE DELLA PROCEDURA DI ACQUISIZIONE... 51
2.6.1 Sistema di scansione delle sottoaree... 54
3 PROVE... 59
3.1 SISTEMA DI RIPRESA... 59
3.2 LA MACCHINA DI PROVA... 61
3.3 IL SISTEMA DI GESTIONE COMPUTERIZZATO... 61
3.4 PROVINI PER SHORT CRACKS... 62
4 PREPARAZIONE DEI PROVINI ... 66
4.1 TIPI DI PREPARAZIONE DELLE SUPERFICI... 68
4.2 PULITURA ELETTROLITICA... 69
4.2.1 Meccanismo... 69
4.2.2 Parametri che influenzano la pulitura elettrolitica ... 70
III
4.3 PROVINI UTILIZZATI DURANTE LE PROVE DI PULITURA... 74
4.4 ATTREZZATURA E MATERIALI UTILIZZATI NELLE PROVE DI PULITURA... 76
4.5 ATTACCO CHIMICO... 80
4.6 PULITURA AD ULTRASUONI... 82
4.7 DESCRIZIONE DEI RISULTATI OTTENUTI... 85
5 ESECUZIONE DELLE PROVE A FATICA ... 88
5.1 PROVE SU PROVINI SENT PER STUDIO DI SHORT CRACK... 88
6 ANALISI DEI RISULTATI... 115
6.1 EVIDENZE SPERIMENTALI... 115
6.2 METODO DI PREVISIONE... 116
7 CONCLUSIONI E FUTURE LINEE DI STUDIO ... 127 APPENDICE A: IMMAGINI DELLE SUPERFICI
IV
Indice delle figure
Figura 1.1: Filosofie di progettazione a fatica... 5
Figura 1.2: Approccio per la determinazione della soglia di ispezione ... 9
Figura 1.3: Determinazione di EIFS tramite l’estrapolazione dalle curve S-N o dati di crescita noti ... 11
Figura 1.4: Determinazione del tempo necessario per passare da aeq a acr come base per la determinazione della soglia di ispezione ... 12
Figura 1.5: Collasso di una struttura per fatica... 14
Figura 1.6: Affioramento superficiale dei piani cristallini ... 15
Figura 1.7: Cricca propagatasi da un’inclusione ... 16
Figura 1.8: Vita residua a differenti lunghezze di fessura... 17
Figura 1.9: Velocità di crescita di una cricca in funzione di K ... 19
Figura 1.10: Andamento tipico della propagazione di cricche corte e lunghe ... 21
Figura 1.11: Variazione per cricche lunghe del Kth in funzione di R... 23
Figura 1.12: Apice della fessura ... 24
Figura 1.13: Zona in campo plastico e zona in campo elastico all’apice di una fessura corta ... 26
Figura 1.14: Tipi di provino utilizzati per le prove su short crack ... 29
Figura 1.15: Definizione delle dimensioni a e c relativamente a surface-crack e corner-crack ... 29
Figura 1.16: Esempi di grafici ottenuti dai dati delle prove effettuate ... 33
Figura 2.1: Schema della procedura per la replica di in intaglio semicircolare 38 Figura 2.2: Scheda di attrezzatura per il metodo Potenzial Drop... 40
Figura 2.3: Schema di attrezzatura per il metodo di misura ad ultrasuoni ... 42
Figura 2.4: Metodo interferometrico ... 44
Figura 2.5: Schema di illuminazione anulare ... 45
Figura 2.6: Riflessione dei raggi luminosi con illuminazione anulare ... 46
Figura 2.7: Schema di illuminazione coassiale ... 46
Figura 2.8: Riflessione dei raggi luminosi con illuminazione coassiale ... 47
Figura 2.9: Schema di illuminazione radente ... 47
Figura 2.10: Riflessione dei raggi luminosi con illuminazione radente ... 48
Figura 2.11: Schema a blocchi dell’attrezzatura di acquisizione ... 48
Figura 2.12: Sistema di ripresa completo di slitte di traslazione... 51
Figura 2.13: Struttura del programma di gestione della prova ... 52
Figura 2.14: Struttura della subrutine “Gestione prova a fatica” ... 53
Figura 2.15: Numerazione delle sottoaree... 54
Figura 2.16: Schema di scansione delle sottoaree ... 55
Figura 2.17: Andamento del contrasto in funzione della distanza focale... 56
Figura 2.18: Diagramma di flusso della routine di messa a fuoco ... 58
V
Figura 3.2: Sistema di gestione computerizzato... 61
Figura 3.3: Dimensioni provino ... 63
Figura 3.4: Dimensioni delle guide anti-imbozzamento ... 64
Figura 3.5: Schema di montaggio delle guide anti-imbozzamento ... 65
Figura 4.1: Superficie pulita con carta abrasiva ... 67
Figura 4.2: Superficie pulita elettroliticamente ... 67
Figura 4.3: Appiattimento della superficie per mezzo della pulitura elettrochimica... 70
Figura 4.4: Andamento della densità di corrente in funzione della tensione ... 71
Figura 4.5: Dimensioni provino e cella per pulitura... 75
Figura 4.6: Cella elettrolitica e particolare della zona da pulire... 76
Figura 4.7: Bagno di raffreddamento e cella elettrolitica... 78
Figura 4.8: Complessivo dell’attrezzatura utilizzata (1) ... 79
Figura 4.9: Complessivo dell’attrezzatura utilizzata (2) ... 79
Figura 5.1: Andamento del rapporto a/c... 92
Figura 5.2: Curve di crescita relative alla fessura del provino SC1 ... 93
Figura 5.3: Curve di crescita relative alla fessura del provino SC2 ... 94
Figura 5.4: Curve di crescita relative alla fessura del provino SC4 ... 95
Figura 5.5: Curve di crescita relative alla fessura del provino SC5 ... 96
Figura 5.6: Curve di crescita relative alla fessura del provino SC7 ... 97
Figura 5.7: Curve di crescita relative alla fessura del provino SC8 ... 98
Figura 5.8: Curve di crescita relative alla fessura del provino SC11 ... 99
Figura 5.9: Curve di crescita relative alla fessura del provino SC12 ... 100
Figura 5.10: Curve di crescita relative alla fessura del provino SC13 ... 101
Figura 5.11: Curve di crescita relative alla fessura del provino SC15 ... 102
Figura 5.12: Curve di crescita relative alla fessura del provino SC16 ... 103
Figura 5.13: Curve di crescita relative alla fessura del provino SC17 ... 104
Figura 5.14: Curve di crescita relative alla fessura del provino SC18 ... 105
Figura 5.15: Curve di crescita relative alla fessura del provino SC19 ... 106
Figura 5.16: Curve di crescita relative alla fessura del provino SC20 ... 107
Figura 5.17: Curve di crescita relative alla fessura del provino SC21 ... 108
Figura 5.18: Curve di crescita relative alla fessura del provino SC22 ... 109
Figura 5.19: Curve di crescita relative alla fessura del provino SC4-Micro .... 110
Figura 5.20: Curve di crescita relative alla fessura del provino SC5-Micro .... 111
Figura 5.21: Curve di crescita relative alla fessura del provino SC6-Micro .... 112
Figura 5.22: Curve di crescita relative alla fessura del provino SC7-Micro .... 113
Figura 5.23: Riepilogo dei risultati delle prove a fatica ... 114
Figura 6.1: Confronto della componente omogenea di velocità con la funzione reale... 116
Figura 6.2: Schema logico del procedimento di previsione di propagazione delle fessure ... 117
VI Figura 6.3: Schema logico del procedimento di previsione di propagazione
delle fessure (2)... 118 Figura 6.4: Confronto tra dati sperimentali e depurati dai ritardi... 119 Figura 6.5: Andamento della funzione descrivente i ritardi in funzione della
lunghezza di fessura ... 120 Figura 6.6: Costruzione della funzione interpolante le varie curve dei ritardi (1)
... 121 Figura 6.7: Costruzione della funzione interpolante le varie curve dei ritardi (2)
... 121 Figura 6.8: Costruzione della funzione interpolante le varie curve dei ritardi (3)
... 122 Figura 6.9: Andamento della curva interpolante i dati dc/dn-c depurati dai
ritardi (1) ... 123 Figura 6.10: Andamento della curva interpolante i dati dc/dn-c depurati dai
ritardi (2) ... 123 Figura 6.11: Andamento della curva interpolante i dati dc/dn-c depurati dai
ritardi (3) ... 124 Figura 6.12: Andamento della curva interpolante la componente omogenea di
da/dn-ΔK (1) ... 124 Figura 6.13: Andamento della curva interpolante la componente omogenea di
da/dn-ΔK (2) ... 125 Figura 6.14: Andamento della curva interpolante la componente omogenea di
da/dn-ΔK (3) ... 125 Figura 6.15: Confronto tra vita reale e vita prevista per alcune fessure... 126
VII
Indice delle tabelle
Tabella 1.1: Valori tipici di 2am e 2asc per vari valori di R ... 24
Tabella 2.1: Prestazioni tipiche di obiettivi per microscopi... 39
Tabella 3.1: Composizione della lega 2024 T3... 62
Tabella 4.1: Stato di compressione superficiale è resistenza a fatica per diversi acciai lavorati meccanicamente o con elettropulitura ... 74
Tabella 4.2: Composizione dell’attacco chimico “Keller”... 81
Tabella 4.3: Riepilogo dei risultati di pulitura dei provini ... 87
