Flaw tolerant assessment of helicopter component

The purpose of this thesis is the application of the Flaw Tolerance criterion on a component of the primary rotor of the helicopter, the mast, through the adoption of reliable numerical and analytical methods, and the available knowledge of the mechanical behavior of the desired materials (fatigue with defect). In particular, we want to face problems related to the component assessment, analyzing its structure integrity in presence of accidental defects (Flaw Tolerance). By reproducing the flaw through Finite Element software, it has been possible to extract the stress intensity factor and the corresponding safety factor for the crack propagation from the maximum allowable defect. Taking into account the fatigue behavior data of the two steels (9310 and 32CVD13), for the mast production and the application of Flaw Tolerance assessment methods, it’s possible to execute experimental tests on specimens able to reproduce the original component behavior in terms of state of stress and hence of fatigue limit. The result of this discussion will led to the possibility by the manufacturer to adopt a different manufacturing method. The assessment allows the component to operate even in condition of surface defect maintaining the same safety level of the un-notched part during its whole working life.

L’obiettivo generale dell’attività di ricerca è l’applicazione del requisito Flaw Tolerance al componente del rotore principale dell’elicottero, il mast, tramite l’utilizzo di metodologie consolidate di tipo analitico e numerico, e sfruttando le conoscenze disponibili in merito al comportamento meccanico dei materiali utilizzati (fatica con difetto). All’interno della presente relazione si affrontano in particolare le problematiche relative alla verifica del componente sotto indagine per quanto riguarda la sua integrità strutturale in presenza di difetti nel materiale di tipo. Riproducendo il difetto tramite software ad elementi finiti è stato possibile estrarre i valori del fattore di intensificazione degli sforzi e il corrispondente fattore di sicurezza relativi alla propagazione della cricca dal massimo difetto accettabile. Utilizzando i dati relativi al comportamento a fatica con difetto dei due acciai (9310 e 32CDV13), usati per la costruzione del mast, tramite le metodologie di applicazione delle verifiche Flaw Tolerant, è stato quindi possibile effettuare delle analisi sperimentali su provini capaci di riprodurre il comportamento del componente reale in termini di stato di sforzo e quindi di resistenza a fatica. I risultati ottenuti consentiranno al committente la possibilità di adottare una differente tecnica produttiva. La verifica effettuata consente al componente di operare anche in presenza di ben determinati difetti superficiali in condizioni di sicurezza pari a quelle del componente privo di difetti.