Sviluppo di un approccio computazionale di previsione della durata al fretting ed applicazione a bielle automobilistiche

Fretting fatigue is a very dangerous form of fatigue that occurs in all those quasi-static contacts which have small amplitude oscillatory relative movement (typically 20 μm ). A new prediction criteria is proposed in the literature based on the determination of an estimate parameter, the enhanced Ruiz parameter (eFFDP), through the implementation of a routine executable from static analyses of FEM modeling. The modification of the routine for calculating that parameter, implemented by the authors of previous thesis, was done in order to reduce the computational cost. Subsequent corrections for calculation of the parameter SWT was made with verification by analytical results of a simple case. The reliability of the routine, then of the estimate parameter, was established by analyses of experimental tests made in literature. The enhanced Ruiz was then used in analyses for fretting fatigue life prediction of connecting rods for Ferrari engine. The sensitivity analyses of that parameter, depending on the number of static steps, has brought to the modification of the original model for inconsistency of results between the two different of connecting rod typologies analyzed. Considering the convergence of the parameter and the computational cost of the routine it was took as reference the model with 11 static steps having linear element types. Further analyses were made for the eFFDP sensitivity comparing to design parameters variation of connecting rod. Finally, it was proposed some simple geometric changes of the connecting rod in order to mitigate fretting fatigue, suggesting the consideration to change the inclination of the contact plane between connecting rod and cap.

Il fretting fatigue è una forma di fatica molto pericolosa che si instaura in tutti quei contatti quasi-statici con movimenti oscillatori relativi di piccola ampiezza (dell'ordine di 20 μm). Un nuovo criterio di predizione si propone in letteratura basandosi sulla determinazione di un parametro di previsione, il parametro di Ruiz migliorato (eFFDP), attraverso l'implementazione di una routine di calcolo eseguibile da analisi statiche di modellazioni FEM. Verrà modificata la routine di calcolo di tale parametro, implementata da un precedente lavoro di tesi, in modo da ridurre il costo computazionale. Successive correzioni di calcolo del parametro SWT vengono fatte con verifica da risultati analitici di un caso semplice. L'attendibilità della routine, quindi del parametro di previsione, è stata constatata attraverso analisi di prove sperimentali prese in letteratura. Il parametro di Ruiz migliorato verrà quindi utilizzato in analisi di previsione della durata a fretting fatigue di bielle per motore Ferrari. Le analisi di sensibilità di tale parametro, al variare del numero di step statici, porteranno alla modifica del modello originale per incoerenza dei risultati tra le due tipologie di biella analizzate. Considerando la convergenza del parametro e il costo computazionale della routine si prenderà come modello di riferimento quello con 11 step statici avente elementi di tipo lineari. Successivi studi vengono fatti sulla sensibilità di eFFDP al variare dei principali parametri di progettazione della biella. Infine si proporranno delle semplici modifiche geometriche di biella per mitigare il fretting fatigue, suggerendo la considerazione di cambiare l'inclinazione del piano di contatto tra fusto e cappello.