UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PISA Facoltà d’ingegneria

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PISA

Facoltà d’ingegneria

Corso di laurea in

INGEGNERIA MACCANICA - Indirizzo Veicoli Terrestri

Sintesi della tesi

Resistenza a fatica di componenti intagliati di piccole dimensioni

Candidato

Fabio Casadidio

Relatori

Prof. Ing. Leonardo Bertini

Prof. Ing. Marco Beghini

Dedicato a Lanfranco e

Daniela Casadidio

INDICE

1. INTRODUZIONE... 6

2. GENERALITA’ ... 8

2.1CENNI SULLE SALDATURE LASER... 8

2.1.1 Aspetti generali, parametri di saldatura... 8

2.1.2 Tipologie di saldature laser... 12

2.1.3 Dimensioni del giunto... 15

2.2STUDIO DELLA VITA A FATICA NELLE SALDATURE. ... 18

2.2.1 Parametri influenti sulla vita a fatica... 18

2.2.2 Criteri di cedimento a fatica... 21

2.2.3 Applicazione degli approcci locali alle piccole saldature... 23

2.3 MONOCRISTALLI E POLICRISTALLI, GENERALITA’. ... 24

2.3.1 Monocristalli metallici... 28

2.3.1.1 Proprietà meccaniche di monocristalli metallici. ... 28

2.3.1.1.1 Caratteristiche elastiche nel monocristallo. ... 29

2.3.1.1.1 Caratteristiche plastiche nel monocristallo. ... 31

2.3.2 Strutture policristalline... 32

2.3.2.1 Caratteristiche elastiche nelle strutture policristalline. ... 28

2.3.2.1 Caratteristiche plastiche nelle strutture policristalline. ... 28

3. ANALISI AD ELEMENTI FINITI CON MATERIALE OMOGENEO ISOTROPO... 36

3.1GEOMETRIA DEL MODELLO, VINCOLI E CARICHI. ... 36

3.1.1 Meshatura del modello. ... 39

3.1.1.1 Tipo di elemento. ... 39

3.1.1.1 Configurazione della Mesh... 40

3.2MATERIALE... 41

3.3IL FILE BATCH... 42

3.4TIPO DI ANALISI... 52

3.5METODI ANALITICI DI VERIFICA... 52

3.5.1 Campo elastico ... 52

3.5.2 Campo plastico ... 54

4. TIPI DI ANALISI SVOLTE E RISULTATI... 57

4.1ANALISI IN CAMPO ELASTICO DI PICCOLI INTAGLI. ... 57

4.1.1 Prove effettuate e risultati. ... 59

4.2ANALISI IN CAMPO ELASTO-PLASTICO DI PICCOLI INTAGLI. ... 64

4.2.1 Descrizione delle prove e risultati ottenuti... 64

5. SVILUPPO DI UN MODELLO DI MATERIALE POLICRISTALLINO. ... 74

5.1 GENERALITÀ... 74

5.2TASSELLAZIONE DELLA SOTTOSTRUTTURA : PROGRAMMAZIONE IN AMBIENTE MATLAB... 76

5.3ANALISI AD ELEMENTI FINITI: PROGRAMMAZIONE IN AMBIENTE ANSYS. ... 79

5.3.1 Problema dell’anisotropia... 79

5.2CONCLUSIONI E SVILUPPI FUTURI... 79

BIBLIOGRAFIA... 83 RINGRAZIAMENTI... 86 APPENDICE 1 ... 88 APPENDICE 2 ... 104 APPENDICE 3 ... 121 APPENDICE 4 ... 154

SOMMARIO

Dopo una breve descrizione delle tecniche numeriche di “local stress” per analizzare a fatica

le saldature, in questo lavoro è stata fatta un’analisi ad elementi finiti di piccoli intagli per

contribuire alla comprensione dei fenomeni che conducono alla saturazione dell’effetto intaglio

al di sotto di un certo valore del raggio di raccordo. In particolare è stato analizzato il caso di una

barra di diametro sufficientemente grande, soggetta a trazione con intagli caratterizzati da

profondità d’intaglio inferiori a 1.5 mm e raggi di fondo intaglio compresi fra 0.5 mm e 0.0005

mm. Come prima fase si è utilizzato un semplice modello bidimensionale assial-simmetrico ad

elementi finiti sfruttando la simmetria geometrica e di carico e sono state condotte prove sia in

campo elastico, che in campo elasto-plastico, utilizzando un materiale omogeneo bilineare con

incrudimento cinematico. In seguito si è sviluppato un modello ad elementi finiti di materiale

policristallino caratterizzato da un aggregato casuale di grani, da utilizzarsi in abbinamento ad

un’analisi per sottostrutture. Il modello in questione getta le basi per analisi più dettagliate di tipo

statistico sul comportamento elasto-plastico di piccoli intagli.

ABSTRACT

After a brief description of the numerical technique called “local stress”, which permits

fatigue strength analysis in weldings, this study has analyzed small notches to better understand

their contribution to the phenomena leading to the saturation of the “notch effect” beneath a

certain value of the notch radius. Specifically, the case of large diameter notched bar has been

analysed, subject to traction with notch characterized by depth lower to 1.5 mm and notch radii

between 0.5 mm and 0.0005 mm. First, in exploiting the axisymmetric geometry and load, a

simple two-dimensional model with homogeneus elasto-plastic material and kinematic hardening

rule was used in tests that examined both the elastic and elasto-plastic fields. Following these

tests, a model characterized by a random aggregation of grains was developed and used in

coupling to a “sub-structure” analysis technique. The model represents the bases for more

detailed analyses on the elasto-plastic behavior of small notches, like statistical type.