Determinazione di tensioni residue mediante prove di hole drilling e analisi inversa

The residual stresses are important in structural mechanics, they can be generated both by mechanical and termal processing, for example bending and welding. They can affect the life of a mechanical component and his strenght, because they introduce a state of stress that can delay or anticipate the damage of material and they have also an important role in the material fatigue process. Here, a semi-distructive method for the residual stresses identification will be proposed. Such a method produces a limited damage on the testing material, and after the experiment the component can still be used. The analyzed method is called “Hole Drilling”: it relates the strains generated after the drilling with the self stresses present in the material before the generation of the hole. The strains are generally measured with strain gauges, but in this work the displacements instead of the strains will be measured with a new technique, called “Digital Image Correlation”, with wich a large displacement field can be measured in order to have a better identification of residual stresses and possibly to compensate the experimental error. The relation between stresses and displacements will be computed numerically by a Finite Element software (“Abaqus”) and the identification, based on inverse analysis, will be performed with Matlab software. We assume to know all the material properties and we consider that the yeld stress is never exceeded, so all analyses will be linear elastic. In the absence of experimental tests, the (given) displacement field used in the identification procedure will be numerically generated (“pseudo-experimental” test).

L'importanza degli sforzi residui, nell'ambito della meccanica strutturale è evidente in quanto essi sono generati da lavorazioni meccaniche e termiche tipiche dell'ambito industriale, quali ad esempio piegatura e saldatura. Tali sforzi possono influenzare notevolmente la vita a fatica e la resistenza del materiale, poiché introducono uno stato di tensioni che possono ritardare o anticipare la rottura del materiale stesso, pur senza alterarne le proprietà meccaniche. In questo lavoro si analizza un metodo semi-distruttivo per l'identificazione delle tensioni residue, ammettendo un danneggiamento ridotto del materiale che non comprometta il successivo utilizzo del manufatto. Tale metodo è chiamato Hole Drilling e prevede di definire una relazione tra le deformazioni generate dalla foratura del materiale e gli sforzi che le generano. Le deformazioni vengono generalmente misurate tramite estensimetri, in questo lavoro inoltre è utilizzata la correlazione digitale mediante fotografia per considerare anche le misure di spostamento. In questo modo è possibile ottenere maggiori informazioni riguardo al campo di spostamenti, con lo scopo di migliorare l'identificazione degli sforzi residui e compensare gli errori sperimentali. La relazione numerica tra sforzi e spostamenti è generata numericamente mediante il software ad elementi finiti Abaqus, e l'identificazione, basata sull'analisi inversa, è implementata con il software Matlab. Le proprietà del materiale si assumono note. Inoltre, si suppone che gli sforzi siano tali da non generare snervamento nel materiale, in modo da poter mantenere una relazione lineare tra gli sforzi residui e gli spostamenti. In assenza di prove sperimentali, il campo di spostamenti utilizzato nella procedura di identificazione sarà generato numericamente (risultati “pseudosperimentali”).