Metodologie numeriche per la previsione della vita a fatica di componenti meccanici: analisi critica e indagine sui riferimenti teorici di un software commerciale

La rottura a fatica meccanica rappresenta una delle principali cause di cedimento nei componenti meccanici soggetti a carichi ciclici. Nei motori a combustione interna, l’elevato numero di cicli e la presenza di stati tensionali multiassiali complessi richiedono lo sviluppo e l’utilizzo di criteri e procedure di verifica specifici. In questo ambito la tesi si propone di impostare e valutare l’utilizzo di un software commerciale quale FEMFAT per l’analisi a fatica di componenti di motore, attraverso una procedura numerica basata sull’uso combinato di un modello agli elementi finiti e del post processore a fatica stesso. Ne vengono analizzate in dettaglio le principali caratteristiche, le formulazioni matematiche alla base dei criteri di verifica implementati, i flussi logici necessari al funzionamento e le impostazioni dei parametri di calcolo, con particolare attenzione alla trattazione dell’effetto intaglio e dei relativi fattori di influenza. Viene quindi definito un flusso di calcolo che, a partire dai campi tensionali ottenuti dall’analisi FEM, consente di stimare danno e fattori di sicurezza a fatica in presenza di stati tensionali mono e multiassiali. Il processo logico seguito per la caratterizzazione del software viene illustrato passo per passo, con l’obiettivo di comprenderne il funzionamento e le capacità predittive, fino all’impostazione di un’analisi su un componente reale il cui comportamento a fatica sia noto e possa essere utilizzato come benchmark di confronto. La procedura viene implementata tramite esempi numerici rappresentativi di componenti di motore, nei quali si analizzano gli effetti delle condizioni di carico e delle principali impostazioni del software sulla distribuzione del danneggiamento, sulla localizzazione delle zone critiche e sulla stima della vita utile. L’insieme dei risultati ottenuti permette di valutare in modo sistematico il comportamento del workflow FEM + FEMFAT e di individuare le scelte di modellazione più influenti nella previsione della resistenza a fatica, consentendo di discutere in che misura FEMFAT possa essere considerato uno strumento adeguato per l’analisi a fatica di componenti di motore nel caso in esame.