Un metodo efficiente per il calcolo del fattore di intensificazione delle tensioni con mesh grossolane

Nel campo della meccanica, la presenza di un intaglio può costituire un elemento di indebolimento nel componente in quanto vengono a generarsi delle amplificazioni delle tensioni in prossimità del suo apice, che possono portare a condizioni di snervamento del materiale, innesco di cricche e rotture del componente. Nel corso degli anni sono stati sviluppati diversi approcci per la progettazione statica riguardante componenti che presentano questo tipo di caratteristiche, uno tra questi è quello della determinazione del NSIF (Notch Stress Intensity Factor), parametro che permette di stabilire l’intensificazione delle tensioni a bordo intaglio. Per valutare l’NSIF è necessario calcolare le tensioni locali nell’intorno dell’apice, calcolo che può risultare difficoltoso in modo analitico in quanto i casi in letteratura sono pochi e/o di scarsa complessità. Per questo motivo si preferisce affidarsi a strumenti di calcolo basati su metodi agli elementi finiti. Questi metodi, per quanto potenti essi siano, riscontrano qualche limitazione: una tra queste riguarda il fatto che i risultati di analisi con gli elementi finiti sono tanto più accurati quanto più piccola è la loro dimensione. Un altro motivo è che l’apice d’intaglio costituisce un punto di singolarità nell’andamento delle tensioni, il che vuol dire che per avere una buona stima, si devono realizzare mesh molto fitte nelle vicinanze dell’apice. Queste due situazioni comportano l’utilizzo di un elevato numero di elementi, che va ad influire sui tempi delle analisi, a meno che non si disponga di grosse potenze di calcolo o si adottino delle semplificazioni al modello. Questo lavoro ha quindi l’obiettivo di trovare un metodo che permetta il calcolo del NSIF a Modo 1 in maniera ugualmente efficace ma tramite un procedimento semplificato e di facile esecuzione, riducendo la complessità delle mesh, il numero di elementi utilizzati e i tempi delle analisi. Dal punto di vista pratico, questa trattazione coinvolge tutti quei componenti meccanici caratterizzati dalla presenza di intagli come sedi per viti, gole, raccordi ma anche lavorazioni con apporto di materiale, infatti, il cordone di saldatura presenta degli intagli, più o meno raccordati, con differenti angoli di apertura. Ai piedi del cordone si trovano generalmente angoli di 135 gradi, mentre le mancate penetrazioni sono assimilabili a cricche aventi un’apertura prossima allo zero. Le analisi di questo lavoro, per verificare il metodo, riguardano quindi piastre in acciaio, e successivamente giunzioni saldate a totale e parziale penetrazione, sollecitate a Modo 1.