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Propagazione a fatica di difetti da intagli: analisi numerica e sperimentale

Informazioni tesi

  Autore: Gianni Zardoni
  Tipo: Tesi di Laurea
  Anno: 1996-97
  Università: Politecnico di Milano
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria Meccanica
  Relatore: Laura Vergani
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 254

Meccanica della Frattura: per quasi tutti una sconosciuta. La mia tesi dimostra invece che la Meccanica della Frattura e' utilizzabile anche nella pratica e non e' solo un ''esercizio di stile''.

In particolare, la tesi tratta in modo esaustivo il caso di propagazione di cricca partente da un intaglio, effettuando una analisi integrata tra teoria, calcolo numerico, calcolo analitico e verifica sperimentale. Tale analisi è supportata da un capitolo introduttivo che riassume gli elementi teorici della Meccanica della Frattura.

La tesi contiene i listati dei programmi (compreso un meshatore parametrico automatico da me sviluppato per i provini di tipo keyhole, CT, compact e similari), numerosi diagrammi, alcune frattografie con la relativa interpretazione, un metodo di interpolazione a due variabili basato su polinomi, metodi di valutazione della nucleazione e propagazione della cricca ed altro ancora.

Conservo gelosamente tutto il materiale che ho accumulato durante lo sviluppo della tesi: sono disposto a collaborare - tempo permettendo - con chi voglia fondere le sue esperienze con le mie o voglia proseguire l'esame di uno o più dei tanti canali di sviluppo lasciati aperti dalla mia tesi, oppure intenda utilizzare le metodologie da me sviluppate od esaminate applicandole magari anche a casi pratici e non semplici di sperimentazione.

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- 1 - CAP. 1 - TEORIA DELLA DURATA A FATICA 1.1 Introduzione 1.1.1 Cenni storici sul problema della progettazione di organi meccanici La progettazione e costruzione di apparecchiature meccaniche è sempre stata un’arte, anche se questa caratteristica spesso non le è stata riconosciuta. Sviluppare dei meccanismi partendo da semplici - e spesso vaghe - idee sull’obiettivo da raggiungere non differisce infatti di molto dall’eseguire una scultura od un quadro che inizialmente sono presenti solo nella mente dell’artista. Non si dimentichi che uno dei più grandi geni della progettazione di tutti i tempi, Leonardo da Vinci, era anche scienziato, artista e pensatore. Esiste però una differenza peculiare tra l’arte e la progettazione: gli errori commessi nella prima non causano danni alle persone, mentre sbagliare un progetto può avere conseguenze disastrose. Fino all’epoca della rivoluzione industriale inglese il problema non si pose eccessivamente in vista, soprattutto a causa delle ridotte potenze in gioco: l’esperienza dei mastri artigiani e delle loro scuole era ampiamente sufficiente alla costruzione di opere relativamente sicure ed efficienti, soprattutto nell’ambito delle costruzioni civili e navali. Successivamente, la svolta: lo sviluppo della macchina a vapore rese disponibile immense quantità di energia, utilizzabili anche sotto forma di elevate potenze. Il problema del calcolo delle sollecitazioni degli elementi meccanici divenne rapidamente molto grave. E’ ipotizzabile che almeno nel primo secolo dall’inizio della rivoluzione industriale i guasti si susseguissero con frequenza impressionante, causando un numero enorme di incidenti. Tuttavia la ricerca scientifica muoveva i suoi passi e grazie a De Saint-Venant si giunse alla definizione delle sollecitazioni agenti su aste monodimensionali. Gran parte del lavoro teorico sembrava quindi essere stata definita, in quanto era ormai possibile dimensionare in base a criteri univoci e definiti. Ma i guasti continuavano, sempre più frequenti e disastrosi, anche a causa degli ulteriori, notevoli, incrementi della potenza dei generatori di energia meccanica. Un settore particolarmente funestato era il trasporto ferroviario, con incidenti all’ordine del giorno. La soluzione si ebbe nella seconda metà dell’Ottocento con gli studi di Wöhler, successivamente approfonditi da Goodman, Smith ed Haigh: si giunse quindi alla definizione del dimensionamento alla sollecitazione dinamica ciclica, detta “fatica del materiale”.

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Parole chiave

cedimenti
fatica
keyhole
meccanica della frattura
nucleazione
propagazione di cricca
rottura
sforzo

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