{"id":23941,"date":"2025-05-03T04:16:55","date_gmt":"2025-05-03T02:16:55","guid":{"rendered":"https:\/\/test.cfdfeaservice.it\/index.php\/2025\/05\/03\/fem-e-ai-come-influiscono-sullanalisi-della-fatica\/"},"modified":"2025-05-03T04:16:55","modified_gmt":"2025-05-03T02:16:55","slug":"fem-e-ai-come-influiscono-sullanalisi-della-fatica","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/test.cfdfeaservice.it\/index.php\/2025\/05\/03\/fem-e-ai-come-influiscono-sullanalisi-della-fatica\/","title":{"rendered":"FEM e AI, come influiscono sull\u2019analisi della fatica"},"content":{"rendered":"
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L\u2019analisi della resistenza fatica \u00e8 un passaggio fondamentale nella progettazione e nell\u2019ottimizzazione di prodotti che richiedono elevata durabilit\u00e0 e affidabilit\u00e0 e che sono soggetti a carichi variabili ciclicamente. Per dare un\u2019idea dell\u2019importanza della fatica nella progettazione di elementi strutturali, ad essa possono essere fatte risalire le cause di circa i tre quarti dei cedimenti.<\/strong><\/p>\n

di Sara Gonizzi Barsanti<\/em><\/p>\n

L\u2019analisi dei guasti per fatica aiuta a identificare i possibili punti di cedimento e a prevenire malfunzionamenti del prodotto. Simulando il carico previsto si possono ottimizzare i progetti per resistenza alla fatica, affidabilit\u00e0 e prestazioni.<\/p>\n

La fatica<\/h2>\n

La fatica \u00e8 un meccanismo di cedimento che si verifica quando un materiale \u00e8 sottoposto a carichi ciclici<\/strong>, cio\u00e8 dopo un certo numero di carichi e scarichi ripetuti. Nel cedimento per fatica, si formano cricche nel materiale sotto l\u2019azione dei carichi ripetuti, anche se la sollecitazione applicata \u00e8 inferiore alla sollecitazione di snervamento o alla sollecitazione necessaria per danneggiare il materiale con una singola applicazione del carico. <\/p>\n

I primi lavori di ricerca sono stati motivati \u200b\u200bdalle rotture degli assali ferroviari circa 170 anni fa e studi e ricerche sono ancora in corso per portare a una comprensione pi\u00f9 completa della fatica e a migliori criteri di progettazione. Il carico ciclico applicato a una struttura si traduce in sollecitazioni locali cicliche: un assale ferroviario vede carichi compressivi nella parte superiore e di trazione nella parte inferiore dell\u2019albero. Una rotazione di 180\u00b0 inverte le sollecitazioni locali. Un ulteriore 180\u00b0 fornisce lo stato di sollecitazione locale originale. La cronologia delle sollecitazioni cicliche diventa importante quando si verifica in un potenziale sito di inizio della cricca. Questo pu\u00f2 essere qualsiasi difetto o vuoto a livello microscopico inerente al materiale o introdotto dalla lavorazione o da effetti ambientali. <\/p>\n

Innesco e propagazione di una cricca<\/h3>\n

Il danno si accumula durante la cronologia del carico del componente, e se il danno cresce oltre un punto critico, si innescher\u00e0 la cricca. Forse l\u2019aspetto pi\u00f9 difficile da prevedere della fatica \u00e8 l\u2019innesco<\/strong>. Questo perch\u00e9 il processo \u00e8 influenzato da molte variabili esterne come il materiale, il livello di sollecitazione, la sollecitazione media, la microstruttura, la rugosit\u00e0 superficiale, la qualit\u00e0 del materiale e molte altre ancora. In sostanza, la fatica si verifica in regioni con sollecitazioni cicliche, che causano un incrudimento \u00a0\u00a0locale del materiale. <\/p>\n

Una volta che il materiale si \u00e8 incrudito, l\u2019ampiezza delle sollecitazioni nell\u2019area (molto locale) aumenta e ne provoca la rottura, formando le cosiddette bande di scorrimento persistenti o PSB. Una volta che le PSB iniziano a formare estrusioni e intrusioni sulla superficie del materiale, essi stessi concentrano le sollecitazioni e agiscono come piccole fessure o intagli. Quando questi elementi diventano abbastanza grandi da essere classificati come microcricche, inizia a propagazione della cricca per fatica.<\/p>\n

La propagazione di una cricca<\/strong> da fatica pu\u00f2 essere suddivisa in due fasi. Se la zona plastica ciclica, in cui avviene lo slittamento, \u00e8 pi\u00f9 piccola della dimensione caratteristica dei grani, allora possiamo considerare la cricca nella fase 1 della sua propagazione. Questa \u00e8 caratterizzata da un percorso frastagliato che \u00e8 fortemente influenzato dalle dimensioni e dall\u2019orientamento dei grani attraverso i quali la cricca \u00e8 cresciuta. Una volta che la zona plastica supera la dimensione caratteristica dei grani, la cricca inizia a crescere in una direzione pi\u00f9 perpendicolare alla sollecitazione. <\/p>\n

La rottura per fatica si verifica quando un materiale \u00e8 sottoposto a ripetuti cicli di carico e scarico. Il livello delle sollecitazioni presenti per causare la rottura pu\u00f2 essere ben al di sotto dei valori considerati sicuri per una singola applicazione di carico statico. L\u2019innesco critico della fatica avviene solitamente in un punto molto localizzato e pu\u00f2 essere il risultato di fattori aggiuntivi come la concentrazione delle sollecitazioni dovuta alla forma del componente, alla finitura superficiale o al pitting da corrosione.<\/p>\n

Analisi della fatica<\/h2>\n

Il prerequisito per un\u2019analisi della fatica \u00e8 sempre un\u2019analisi dello stress. Questa pu\u00f2 essere un\u2019analisi dello stress statico, che si tradurr\u00e0 in un singolo picco di stress, o un\u2019analisi delle vibrazioni casuali (RVA), che si tradurr\u00e0 in un numero di picchi di stress. Se viene eseguita una RVA, gli stress devono essere ridotti a un singolo valore di stress affinch\u00e9 l\u2019analisi della fatica abbia luogo.<\/p>\n

I tipi di fatica<\/h3>\n

Esistono due tipi principali di fatica:<\/p>\n

Fatica a basso numero di cicli: <\/em><\/strong>quando il materiale si crepa e si rompe a causa di ampiezze di sollecitazione leggermente inferiori alla tensione di snervamento del materiale e il numero di cicli \u00e8 piuttosto basso (meno di 10.000 cicli)<\/p>\n

Fatica ad alto numero di cicli: <\/em><\/strong>quando il materiale si crepa e si rompe a causa di ampiezze di sollecitazione molto inferiori alla tensione di snervamento del materiale e il numero di cicli \u00e8 piuttosto alto (maggiore di 10.000 cicli)<\/p>\n

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Diverse modalit\u00e0 di guasto per una struttura (guasto statico (a sinistra), guasto a basso ciclo (al centro), guasto ad alto ciclo (a destra) (da https:\/\/www.leapaust.com.au\/blog\/fea\/what-is-fatigue\/<\/a>)<\/figcaption><\/figure>\n

Le fasi della rottura per fatica<\/h3>\n

La rottura per fatica \u00e8 un processo progressivo che si verifica a causa della natura ciclica del carico. Ci\u00f2 provoca difetti microscopici nel materiale che possono gradualmente trasformarsi in crepe macroscopiche. Da l\u00ec in poi, la fatica segue tre fasi successive che finiscono in frattura:<\/p>\n

Formazione della cricca (crepa)<\/h4>\n

Una cricca si sviluppa sotto carico dinamico in un punto di concentrazione di stress sulla superficie di un materiale a causa di discontinuit\u00e0 strutturale, alta temperatura o persino difetti di saldatura. L\u2019area di inizio della crepa \u00e8 estremamente piccola e quando si forma, la concentrazione di stress aumenta in modo significativo, il che porta la crepa a propagarsi pi\u00f9 in profondit\u00e0 nel materiale sotto carico ripetuto.<\/p>\n

Propagazione della cricca<\/h4>\n

La cricca inizia a crescere e a propagarsi attraverso il materiale. La propagazione della crepa pu\u00f2 essere suddivisa in tre sottofasi in base alla misurazione del fattore di intensit\u00e0 degli sforzi (K), che viene utilizzato per determinare la severit\u00e0 dello sforzo all\u2019apice della cricca:<\/p>\n