Thermal analysis of the chip formation in austenitic stainless steel

The most important property of austenitic stainless steels is corrosion resistance. In these steels, the transition between paramagnetic and ferromagnetic conditions occurs at low temperatures. Therefore, the use of austenitic stainless steels in conditions in which ferromagnetism absence is important can be considered. On the other hand, the formation of strain-induced martensite is detected when austenitic stainless steels are deformed as well as machined. The strain-induced martensite formed especially in the machining process is not uniform through the chip and its formation can also be related to the Md temperature. Therefore, both the temperature distribution and the gradient during the cutting and chip formation are important to identify regions in which martensite formation is propitiated. The main objective here is evaluate the strain-induced martensite formation throughout machining by observing microstructural features and comparing these to thermal results obtained through finite element method analysis. Results show that thermal analysis can give support to the martensite identified in the microstructural analysis.

Influence of HSM cutting parameters on the surface integrity characteristics of hardened AISI H13 steel

The purpose of this study is to evaluate the influence of the cutting parameters of high-speed machining milling on the characteristics of the surface integrity of hardened AISI H13 steel. High-speed machining has been used intensively in the mold and dies industry. The cutting parameters used as input variables were cutting speed (v c), depth of cut (a p), working engagement (a e) and feed per tooth (f z ), while the output variables were three-dimensional (3D) workpiece roughness parameters, surface and cross section microhardness, residual stress and white layer thickness. The subsurface layers were examined by scanning electron and optical microscopy. Cross section hardness was measured with an instrumented microhardness tester. Residual stress was measured by the X-ray diffraction method. From a statistical standpoint (the main effects of the input parameters were evaluated by analysis of variance), working engagement (a e) was the cutting parameter that exerted the strongest effect on most of the 3D roughness parameters. Feed per tooth (f z ) was the most important cutting parameter in cavity formation. Cutting speed (v c) and depth of cut (a p) did not significantly affect the 3D roughness parameters. Cutting speed showed the strongest influence on residual stress, while depth of cut exerted the strongest effect on the formation of white layer and on the increase in surface hardness.

Impact of thermal bridging on the performance of buildings using Light Steel Framing in Brazil

The Light Steel Framing building technology was introduced in Brazil in the late 1990s for the construction of residential houses. Because the design system was imported from the United States and is optimised to work well in that temperate climate, some modi fi cations must be made to adapt it for the Brazilian climate. The objective of this paper was to assess the impact of thermal bridging across enclosure elements on the thermal performance of buildings designed with Light Steel Framing in Brazil. The numerical simulation program EnergyPlus and a speci fi c method that considered the effects of metallic structures in the hourly simulations were used for the analysis. Two air-conditioned commercial buildings were used as case studies. The peak thermal load increased approximately 10% when an interior metal frame was included in the numerical simulations compared to non-metallic structures. Even when a metal frame panel was used only for vertical elements in the facade of a building with a conventional concrete structure, the simulations showed a 5% increase in annual energy use.

Friction and wear of performance of MoDTC and ester-containing lubrificants over steel surfaces under reciprocating conditions

Since the earliest developments of human history, friction has been a major issue. From the invention of the wheel and the use of the first lubricants to the studiesof coated and microtexturized surfaces, significant effort has been put on improvements that couldovercome the resistance to motion. Areview by Holmberg, Andersson and Erdemir[1] shows that, in an average passenger car, about one third of the total energy consumptionis due to friction losses. Of these, another one third is consumed in the engine system. The optimization of the lubricating oil formulation used ininternal combustion enginesis an important way to reduce friction, therefore improving energeticefficiencyand controllingemissions.Lubrication is also a way to assure the required protection to the system by maintaining wear rates in an adequate level, which helps to minimize maintenance costs.

Experimental Study on Friction between Saline Ice and Steel

Understanding the interaction of sea ice with offshore structures is of primary importance for the development of technology in cold climate regions. The rheological properties of sea ice (strength, creep, viscosity) as well as the roughness of the contact surface are the main factors influencing the type of interaction with a structure. A device was developed and designed and small scale laboratory experiments were carried out to study sea ice frictional interaction with steel material by means of a uniaxial compression rig. Sea-ice was artificially grown between a stainless steel piston (of circular cross section) and a hollow cylinder of the same material, coaxial to the former and of the same surface roughness. Three different values for the roughness were tested: 1.2, 10 and 30 μm Ry (maximum asperities height), chosen as representative values for typical surface conditions, from smooth to normally corroded steel. Creep tests (0.2, 0.3, 0.4 and 0.6 kN) were conducted at T = -10 ºC. By pushing the piston head towards the cylinder base, three different types of relative movement were observed: 1) the piston slid through the ice, 2) the piston slid through the ice and the ice slid on the surface of the outer cylinder, 3) the ice slid only on the cylinder surface. A cyclic stick-slip motion of the piston was detected with a representative frequency of 0.1 Hz. The ratio of the mean rate of axial displacement to the frequency of the stick-slip oscillations was found to be comparable to the roughness length (Sm). The roughness is the most influential parameter affecting the amplitude of the oscillations, while the load has a relevant influence on the their frequency. Guidelines for further investigations were recommended. Marco Nanetti - seloselo@virgilio.it

Progetto e Costruzione del Telaio di Vettura Formula SAE: Parte Anteriore

Nel presente elaborato viene riassunta in 4 brevi capitoli la mia attività di tesi, svolta nell’ambito del progetto Formula SAE® dell’Università di Bologna nell’anno 2010. Il progetto ha consistito nella realizzazione di una vettura monoposto, con l’obiettivo di far competere la stessa negli eventi previsti dalla SAE® (Society of Automotive Engineer), insieme alle vetture progettate e costruite da altri atenei di tutto il mondo. In tali eventi, una serie di giudici del settore auto-motive valuta la bontà del progetto, ovvero della vettura, che sarà sottoposta ad una serie di prove statiche e dinamiche. Nella seguente trattazione si narra quindi il percorso progettuale e di realizzazione del telaio della vettura, ovvero della sua struttura portante principale. Il progetto infatti, nell’ambito del team UniBo Motorsport, mi ha visto impegnato come “Responsabile Telaio” oltre che come “Responsabile in Pista” durante le prove su strada della vettura, svolte a valle della realizzazione. L’obbiettivo principale di un telaio di vettura da corsa è quello di realizzare una struttura che colleghi rigidamente tra loro i gruppi sospensivi anteriore e posteriore e che preveda anche la possibilità di ancorare tutti i componenti dei sistemi ausiliari di cui la vettura deve essere equipaggiata. Esistono varie tipologie di telai per autovettura ma quelle più adatte ad equipaggiare una vettura da competizione di tipo Formula, sono sicuramente il traliccio in tubi (“space frame”) e la monoscocca in fibra di carbonio. Il primo è sicuramente quello più diffuso nell’ambito della Formula Student grazie alla sua maggior semplicità progettuale e realizzativa ed ai minor investimenti economici che richiede. I parametri fondamentali che caratterizzano un telaio vettura da competizione sono sicuramente la massa e la rigidezza. La massa dello chassis deve essere ovviamente il più bassa possibile in quanto quest, costituisce generalmente il terzo contributo più importante dopo pilota e motore alla massa complessiva del veicolo. Quest’ultimo deve essere il più leggero possibile per avere un guidabilità ed una performance migliori nelle prove dinamiche in cui dovrà impegnarsi. Per quanto riguarda la rigidezza di un telaio, essa può essere distinta in rigidezza flessionale e rigidezza torsionale: di fatto però, solo la rigidezza torsionale va ad influire sui carichi che si trasferiscono agli pneumatici della vettura, pertanto quando si parla di rigidezza di un telaio, ci si riferisce alla sua capacità di sopportare carichi di tipo torsionale. Stabilire a priori un valore adeguato per la rigidezza torsionale di un telaio è impossibile. Tale valore dipende infatti dal tipo di vettura e dal suo impiego. In una vettura di tipo Formula quale quella oggetto del progetto, la rigidezza torsionale del telaio deve essere tale da garantire un corretto lavoro delle sospensioni: gli unici cedimenti elastici causati dalle sollecitazioni dinamiche della vettura devono essere quelli dovuti agli elementi sospensivi (ammortizzatori). In base a questo, come indicazione di massima, si può dire che un valore di rigidezza adeguato per un telaio deve essere un multiplo della rigidezza totale a rollio delle sospensioni. Essendo questo per l’Università di Bologna il primo progetto nell’ambito della Formula SAE® e non avendo quindi a disposizione nessun feed-back da studi o vetture di anni precedenti, per collocare in modo adeguato il pilota all’interno della vettura, in ottemperanza anche con i requisiti di sicurezza dettati dal regolamento, si è deciso insieme all’esperto di ergonomia del team di realizzare una maquette fisica in scala reale dell’abitacolo. Questo ha portato all’individuazione della corretta posizione del pilota e al corretto collocamento dei comandi, con l’obbiettivo di massimizzare la visibilità ed il confort di guida della vettura. Con questo primo studio quindi è stata intrapresa la fase progettuale vera e propria del telaio, la quale si è svolta in modo parallelo ma trasversale a quella di tutti gli altri sistemi principali ed ausiliari di cui è equipaggiata la vettura. In questa fase fortemente iterativa si vanno a cercare non le soluzioni migliori ma quelle “meno peggio”: la coperta è sempre troppo corta e il compromesso la fa da padrone. Terminata questa fase si è passati a quella realizzativa che ha avuto luogo presso l’azienda modenese Marchesi & C. che fin dal 1965 si è occupata della realizzazione di telai da corsa per importanti aziende del settore automobilistico. Grazie al preziosissimo supporto dell’azienda, a valle della realizzazione, è stato possibile condurre una prova di rigidezza sul telaio completo della vettura. Questa, oltre a fornire il valore di rigidezza dello chassis, ha permesso di identificare le sezioni della struttura più cedevoli, fornendo una valida base di partenza per l’ottimizzazione di telai per vetture future. La vettura del team UniBo Motorsport ha visto il suo esordio nell’evento italiano della Formula SAE® tenutosi nel circuito di Varano de Melegari nella prima settimana di settembre, chiudendo con un ottimo 16esimo posto su un totale di 55 partecipanti. Il team ha partecipato inoltre alla Formula Student Spain tenutasi sul famoso circuito di Montmelò alla fine dello stesso mese, raggiungendo addirittura il podio con il secondo posto tra i 18 partecipanti. La stagione si chiude quindi con due soli eventi all’attivo della vettura, ma con un notevole esordio ed un ottimo secondo posto assoluto. L’ateneo di Bologna si inserisce al sessantasettesimo posto nella classifica mondiale, come seconda università italiana.

Steel and macro-synthetic self-compacting fibre reinforced concrete, experimental study on the long-term deformations

Experimental study on the long-term deformations of the fibre reinforced concrete. Steel and macro-synthetic fibers were used to evaluate the shrinkage, creep, mid-span deflection, cracking and rupture analysis of three different types of samples. At the end the main topics of ACI guidelines were analyzed in order to perform an overview of design.