Caratteristiche micromeccaniche di giunzioni friction welding

Studio della caratterizzazione micromeccanica di provini in alluminio 6082 T6 saldati con la tecnica della rotary friction welding, tecnica innovativa nell’ambito delle tecnologie di giunzione solida, che sfrutta il principio della saldatura per attrito. Dopo un'introduzione teorica sulle principali tematiche affrontate e sui principali sistemi di misura usati, verranno effettuate micrografie dei giunti e prove di microdurezza sugli stessi. Si termina riportando i grafici delle microdurezze trovate, in modo da poter confrontare i risultati ottenuti con le caratteristiche del materiale base. Da questi si osserva che: nonostante la qualità accettabile dei giunti, le elevate temperature raggiunte durante la saldatura hanno alterato il trattamento termico del materiale base, che da T6 assume caratteristiche più simili a un T4. In altre parole il materiale saldato presenta caratteristiche micromeccaniche inferiori a quelle nominalmente assegnabili al materiale base.

Analisi di microdurezza su giunti friction welding

Il presente lavoro di tesi si pone come obiettivo la caratterizzazione microstrutturale di una serie di giunti realizzati tramite un innovativo processo di saldatura allo stato solido denominato Rotary Friction Welding. In tale ricerca si descrive il percorso seguito per arrivare a tale caratterizzazione partendo da una discussione delle principali tecniche di saldatura, in particolare quelle per attrito, per passare poi ad un’analisi dettagliata della fase di creazione dei giunti saldati e della successiva fase dedicata alla verifica microstrutturale. I risultati ottenuti, ci forniranno indici di confronto sulla qualità del materiale, sui processi tecnologici, sui trattamenti e su alcune fondamentali proprietà meccaniche

Simulazione FEM e validazione sperimentale del processo di friction welding

Nel seguente elaborato si propone lo sviluppo di un modello agli elementi finiti (FEM) del processo di friction welding del quale, attraverso i dati rilevati da prove sperimentali di validazione termica, vengono valutati i parametri ottimali di simulazione. Ai risultati così ottenuti vengono applicati anche algoritmi per la valutazione della microstruttura e della qualità della saldatura, sviluppati originariamente per l'analisi dell'estrusione: in entrambi i casi a seguito del confronto con le analisi metallografiche dei provini è stato possibile validare ulteriormente il modello creato.

Simulazione numerica del processo rotary friction welding

Costruzione di un modello numerico base per la simulazione del processo Rotary Friction Welding.

Caratterizzazione meccanica di materiali compositi mediante attrezzatura CLC

L'obiettivo della tesi è diradare, almeno parzialmente, le incertezze che potrebbero essere presenti nella caratterizzazione a compressione di materiali compositi. Per quanto concerne la compressione, in un primo momento, non essendo ritenuta una caratteristica troppo rilevante, si considerava che il materiale composito avesse proprietà equivalenti a quelle in trazione. Solo successivamente, dai primi anni ’70, si sono iniziate ad indagare in modo approfondito e mirato le proprietà meccaniche a compressione di tali materiali. Si sono sviluppati e normati nel tempo vari metodi che vengono classificati in base al modo di applicazione del carico sul provino. Ci si è quindi proposti, basandosi anche sulle richieste mosse dalla Scuderia Toro Rosso di Faenza, di determinare, dopo aver analizzato tutti i vantaggi e gli svantaggi di ciascuna metodologia, quella migliore a cui attenersi per tutte le prove di compressione che seguiranno. A tale scopo, dopo una attenta e approfondita analisi dei vari metodi di prova, si è scelto di utilizzare il Combined Loading Compression (CLC) Test Fixture: attrezzatura leggera e molto compatta, che dimostra una affidabilità dei risultati superiore alle altre tecnologie. Si è, inoltre, deciso di testare laminati non unidirezionali, evitando così molte problematiche quali, ad esempio, quelle dovute all’utilizzo di tabs o al possibile insorgere di microbuckling delle fibre. Si è risaliti, poi, al valore di resistenza a compressione della lamina unidirezionale attraverso il metodo di calcolo indiretto del Back-Out Factor (BF). Di tale metodo si sono indagate le basi teoriche, a partire dalla teoria classica dei laminati, e si sono ricavate le formule necessarie per l'applicazione pratica sperimentale. Per quanto riguarda la campagna sperimentale, svolta presso i laboratori ENEA di Faenza – Unità Tecnica Tecnologie dei Materiali Faenza (UTTMATF), sono stati realizzati 6 laminati di materiale composito, ognuno con differente sequenza di laminazione e percentuale di fibre nelle diverse direzioni. Due laminati sono stati ottenuti impilando lamine unidirezionali preimpregnate, in modo da ottenere una configurazione cross-ply (0°\90°), due in configurazione angle-ply (0°\90°\±45°) e due materiali unidirezionali (0° e 90°). Da questi 6 laminati sono stati ricavati 12/13 provini ciascuno. I provini cross-ply e angle-ply sono stati testati per ricavarne la resistenza a compressione, da cui, poi, risalire a quella della lamina unidirezionale a 0° mediante il BF. Dal confronto dei risultati ottenuti attraverso l'applicazione combinata di CLC e Back-Out Factor, con i dati riportati nel datasheet ufficiale, si è avuta conferma dell'affidabilità della metodologia scelta. Per quanto concerne l'elaborazione dei dati ricavati dalle prove sperimentali, è stato utilizzato un opportuno programma realizzato con il software Matlab. Con l'estensione GUI, poi, è stata creata un'interfaccia grafica per agevolare la comprensione delle fasi di elaborazione anche ad un utente non esperto.

Analisi numerica e sperimentale del comportamento a compressione di materiali compositi

L’obbiettivo di questa tesi è ottenere un modello agli elementi finiti che simuli la prova a compressione su un campione di materiale composito a matrice polimerica rinforzata con fibre di carbonio unidirezionali (UD), mediante l’utilizzo di una attrezzatura denominata Combined Loading Compression (CLC) Test Fixture. Il programma utilizzato per realizzare il modello agli elementi finiti è Abaqus della Simulia. Il materiale oggetto dello studio è un prepreg UD di interesse nel settore automobilistico, e fa seguito ad una campagna di prove sperimentali (caratterizzazione a compressione) svolta nei laboratori ENEA di Faenza, dove opera l’Unità Tecnica Tecnologie dei Materiali Faenza (UTTMATF).

Fracture toughness characterization of aluminium-epoxy adhesive joints reinforced with electrospun Nylon 6,6 nanofibers

The use of adhesives to join two different substrates is an efficient replacement to classic joining technologies such as welding and soldering. One the one hand adhesion has different advantages over those techniques such as an improved stress distribution and the potential weight reduction of the structure; on the other hand, two of the most important drawbacks are a relatively low fracture toughness and the need of an accurate surface preparation. These two aspects will be accurately analysed in the present work: the use of Nylon nanofibers as reinforcement for the adhesive should increase fracture toughness, while a surface preparation method consisting of mechanical and chemical treatments will be developed. After the specimens are produced, they will be tested in mode I fracture using a DCB (Double Beam Cantilever) test, which allows to measure the fracture toughness during crack propagation. At the end of the test, the surfaces of the adherends will be visually observed and SEM (Scanning Electronic Microscope) analysed in order to evaluate if adhesive or cohesive fracture occurred, and thus if surface treatments has been well developed to allow a better adhesive-aluminium joining.

Stress Concentration Factor and Fatigue Life Evaluation in offshore tubular KT-Joints

In the last few decades, offshore field has grown fast especially after the notable development of technologies, explorations of oil and gas in deep water and the high concern of offshore companies in renewable energy mainly Wind Energy. Fatigue damage was noticed as one of the main problems causing failure of offshore structures. The purpose of this research is to focus on the evaluation of Stress Concentration Factor and its influence on Fatigue Life for 2 tubular KT-Joints in offshore Jacket structure using different calculation methods. The work is done by using analytical calculations, mainly Efthymiou’s formulations, and numerical solutions, FEM analysis, using ABAQUS software. As for the analytical formulations, the calculations were done according to the geometrical parameters of each method using excel sheets. As for the numerical model, 2 different types of tubular KT-Joints are present where for each model 5 shell element type, 3 solid element type and 3 solid-with-weld element type models were built on ABAQUS. Meshing was assigned according to International Institute of Welding (IIW) recommendations, 5 types of mesh element, to evaluate the Hot-spot stresses. 23 different types of unitary loading conditions were assigned, 9 axial, 7 in-plane bending moment and 7 out-plane bending moment loads. The extraction of Hot-spot stresses and the evaluation of the Stress Concentration Factor were done using PYTHON scripting and MATLAB. Then, the fatigue damage evaluation for a critical KT tubular joint based on Simplified Fatigue Damage Rule and Local Approaches (Strain Damage Parameter and Stress Damage Parameter) methods were calculated according to the maximum Stress Concentration Factor conducted from DNV and FEA methods. In conclusion, this research helped us to compare different results of Stress Concentration Factor and Fatigue Life using different methods and provided us with a general overview about what to study next in the future.

Development of a robotic system for switchgear cabling

Industrial robots are an inalienable part of modern automated production. Typical applications of robots include welding, painting, (dis)assembly, packaging, labeling, palletizing, pick and place and others. Many of that applications includes object manipulation. If the shape and position of the object are known in advance, it is possible to design the trajectory of the robot’s end-effector to take and place. Such a strategy is applicable for rigid objects and widely used in the manufacturing field. But flexible (deformable) objects can change their shape and position upon contact with the robot’s end-effector or environment. That is the reason why the general approach is unacceptable. It means that the robot can fail to grasp such an object and can’t place it in the desired position. This thesis has addressed the problem of cable manipulation by bilateral robotic setup for the industrial manufacturing of electrical switchgear. The considered solution is based on the idea of tensioned cable. If the cable was grasped by the ends and tensioned, it has a line shape. Since the position of the robot’s end-effectors known, the position of the cable is known as well. Such an approach is capable to place cable in cable ducts of switchgear. The considered solution has been tested experimentally on a real bilateral robotic setup.