Il fenomeno della fatica meccanica

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Che cosa è la fatica meccanica?

In campo aeronautico il fenomeno della fatica viene studiato per obbligo di normativa da ormai diversi decenni. Il primo velivolo a presentare dei problemi di fatica fu infatti il De Havilland Comet, velivolo progettato nel 1946 ed estremamente innovativo per diversi aspetti, uno dei quali consisteva nel poter raggiungere una pressione in cabina di 8.25 psi, circa il doppio di qualsiasi altro velivolo. Questo aeroplano fu però vittima di alcuni incidenti avvenuti tra il ’52 e il ’54 che portarono alla disintegrazione in volo della fusoliera di due Comet nel 1954, entrambi in Italia. Le indagini condotte sulle altre fusoliere costruite dimostrarono che le rotture avvenivano in corrispondenza degli spigoli dei finestrini, in cui si concentravano notevolmente gli sforzi, a causa della presenza di spigoli e di come la cornice veniva rivettata alla fusoliera. Dai rivetti si innescava quindi una cricca che si propagava poi alla fusoliera, la sollecitazione era innescata dai continui cicli di pressurizzazione. Oggi tutti i finestrini sono realizzate forma rotonda.

Lo studio del comportamento  fatica delle strutture meccaniche è diventato ormai necessario in tutti i campi a causa della sempre maggior esigenza di disporre di strutture leggere e performanti e al tempo stesso sicure nel loro utilizzo: automobili e motociclette sportive e biciclette sono solo esempi di campi in cui è importante studiare il comportamento a fatica.

Un componente o una struttura può essere progettata per comportarsi a fatica con differenti criteri:

  • Vita infinita: ovvero la struttura (tipicamente valido per strutture in acciaio) non raggiungerà mai i limiti di sforzo che ne determinano una rottura a fatica
  • Safe life: il livello di sforzo raggiunto dalla struttura è tale da avere una durata limitata, ma nella sua vita operativa viene sottoposto ad un numero di cicli di fatica decisamente inferiore a quelli tollerabili
  • Fail safe: è una struttura progettata e fabbricata in modo che la propagazione dell’eventuale cricca avverrà all’interno di un’area limitata o comunque si arresti prima del collasso della struttura
  • Damage tolarancela struttura in questo caso viene progettata per sostenere difetti o le rotture in modo sicuro, fino a che tali rotture vengono eliminate tramite riparazione o sostituzione del pezzo.

La veridicità di questi criteri di progettazione va validata tramite attività sperimentale.

Eseguire delle buone prove a fatica non è banale e richiede esperienza per poter pianificare correttamente i cicli di carico a cui sottoporre la strutture e la loro modalità di applicazione. La struttura in prova deve essere infatti sottoposta agli stessi carichi a cui è sottoposta nella sua vita operativa, cercando di minimizzare il numero di attuatori per poter ridurre i costi del testing. Importante è quindi verificare che con carichi semplificati si possa raggiungere la medesima distribuzione di sforzi che si ottiene nella vita operativa. Sensori estensimetrici, che misurano la deformazione delle strutture, collocati opportunamente sulla struttura consentono di verificare lo stato di sforzo durante la prova a fatica, per poter verificare da un lato che lo stato di sforzo iniziale sia quello desiderato e dall’altro verificare il danneggiamento della struttura durante la prova. Esistono anche sensori di propagazione di cricca, che consentono di monitorare costantemente la lunghezza di propagazione delle cricche. Vicoter per la sua esperienza nel settore di prove a fatica è in grado di fornire un servizio completo dalla progettazione dei banchi prova alla sorveglianza costante delle prove per verificare l’insorgere di cricche e la loro propagazione sia con ispezioni visive sia con metodi di indagine non distruttiva come liquidi penetranti, radiografie e ultrasuoni.

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