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Comportamento ad impatto di una lamiera in lega di alluminio

Informazioni tesi

  Autore: Angelo Rozza
  Tipo: Tesi di Laurea
  Anno: 2004-05
  Università: Politecnico di Torino
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria Meccanica
  Relatore: Giovanni Belingardi
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 104

Il comportamento meccanico statico e dinamico della lega di alluminio Al 6082 T6 è stato caratterizzato relativamente a prove di trazione uniassiale e prove di flessione. In entrambe le tipologie di prova sono coinvolti provini di differenti spessori, alcuni dei quali sottoposti a trattamento termico di ricottura. Entrambi i tipi di prova sono eseguiti, inoltre, a differenti velocità di deformazione. Mentre la bassa velocità e la media velocità sono comuni ad entrambe le tipologie di prova, per le prove di flessione si aggiunge l’alta velocità a cui si eseguono le prove di tipo drop dart.
Dalle curve ottenute e dall’analisi della varianza effettuata si vede come, nel complesso, tutti i 3 fattori considerati influenzino sia la resistenza massima a trazione, sia la resistenza a flessione e lo spostamento a flessione che si ha in corrispondenza di 10 J di energia assorbita. Considerando l’effetto dello spessore, bisogna distinguere fra prove di trazione e prove di flessione.
Si è proceduto ad una fase di modellazione del comportamento.
Si è utilizzato, infine, un programma di simulazione agli elementi finiti in grado di implementare il modello di comportamento adottato. Si sono ricercate eventuali differenze tra le curve sperimentali statiche e quelle generate dalle simulazioni, al fine di rilevare la qualità dell’approssimazione che deriva dall’identificazione effettuata. I valori dei parametri statici del modello di Cowper-Symonds che sono stati identificati conducono ad un’approssimazione decisamente molto buona delle curve sperimentali.
Si possono, a questo punto, ricavare informazioni di interesse pratico. La lega di Al caratterizzata è impiegata anche per la produzione di lamierati ed altri componenti che si utilizzano in ambito veicolistico. La normativa sulla sicurezza passiva dei veicoli impone rigidi controlli da effettuare anche mediante prove d’urto. La prova d’urto eseguita su esemplari del prodotto finito appositamente realizzati, pur rimanendo necessaria ed insostituibile ai fini dello studio del comportamento ad urto di un veicolo, è sempre più spesso preceduta da numerose prove simulate che, in quanto virtuali, consentono un notevole risparmio almeno in termini economici. In quest’ottica, quindi, l’utilizzo di modelli numerici a rapida implementazione si rivela decisamente conveniente. Nel caso, allora, di una simulazione che coinvolga la lega di Al caratterizzata si riesce ad affermare che, almeno in certe condizioni, l’impiego dei soli parametri statici porta ad una buona approssimazione del comportamento reale, con l’evidente vantaggio di implementare un modello con soli 3 parametri. Dal punto di vista della resistenza all’impatto, riscontrabile anche nelle prove reali, risulta assolutamente da evitare il trattamento di ricottura il quale, come si è visto, indebolisce la struttura. La ricottura si dimostra chiaramente dannosa per tutti quegli elementi che non devono subire deformazioni ad impatto particolarmente elevate come, ad esempio, numerose parti della scocca di un autoveicolo. Il miglioramento della resistenza ad urto con lo spessore può essere sfruttato per la realizzazione di elementi quali, ad esempio, le piastre di protezione applicate ad alcuni veicoli fuoristrada. Le dimensioni di tali elementi devono, però, essere limitate, per ovvie ragioni di contenimento delle masse. L’effetto di strain rate che si riscontra per le piastrine più sottili può essere tenuto in considerazione per il suo carattere migliorativo della resistenza ad impatto portando a privilegiare, in caso di scelta fra i 3 spessori, quello minore. Il miglioramento della resistenza con l’aumento della velocità di deformazione si può prendere in considerazione per realizzare strutture e componenti che possono essere soggetti ad urti quali, ad esempio, lamiere soggette all’azione della grandine o di pietrisco in vari campi di applicazione o elementi di sistemi di protezione da impatto.
Il lavoro svolto, in base ai procedimenti seguiti ed alla luce dei risultati trovati, sembra costituire una metodologia piuttosto affidabile ed efficace per la caratterizzazione e la modellazione del comportamento statico e dinamico della lega considerata.

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I Introduzione Nell’industria automobilistica le leghe di alluminio trovano largo impiego per la realizzazione di elementi strutturali quali, per esempio, lamierati per le scocche degli autoveicoli. Nell’ambito della progettazione di tali elementi riveste notevole importanza la simulazione numerica del comportamento a crash. La velocità di deformazione può, da sola o insieme ad altri fattori, influenzare le caratteristiche meccaniche dei materiali utilizzati per i quali si rendono necessarie, quindi, un’analisi del comportamento meccanico ed un’implementazione nei codici di calcolo di modelli costitutivi del materiale che tengano conto delle varie influenze. L’utilizzo di questi modelli è subordinato alla determinazione dei coefficienti che in essi compaiono e che sono specifici del materiale impiegato. Il presente lavoro di tesi è volto a caratterizzare il comportamento meccanico statico e dinamico della lega di alluminio Al 6082 T6, per la quale si vuole anche identificare adeguatamente un modello numerico di comportamento. Per la caratterizzazione del materiale si eseguono prove sperimentali di trazione e prove sperimentali di flessione su opportuni provini ricavati a partire da fogli di lamiera di 3 differenti spessori. Tali prove sperimentali, effettuate anche su di un certo numero di provini sottoposti a trattamento termico di ricottura, si eseguono a differenti velocità di deformazione. Si vogliono, infatti, individuare gli effetti che spessore, trattamento termico e velocità di deformazione hanno su alcune grandezze caratteristiche del comportamento del materiale in esame. A tal fine si esegue un’analisi della varianza, la quale fornisce indicazioni quantitative riguardo le influenze che sia i 3 fattori coinvolti, sia le loro interazioni hanno sulle grandezze considerate. Per l’identificazione di un modello di comportamento si considera il modello proposto da Cowper e Symonds nella formulazione implementata nel programma di calcolo agli elementi finiti RADIOSS. Si identificano i parametri del modello cercando di minimizzare, secondo il metodo dei minimi quadrati, la differenza tra le curve sperimentali reali di trazione e la curva teorica. Al fine di rilevare la qualità dell’identificazione effettuata, si eseguono simulazioni di prove di flessione relative ad uno dei 3 spessori e si ricercano eventuali differenze tra le curve sperimentali di flessione e quelle derivanti dalle simulazioni numeriche.

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