Il software sfrutta l'altissima densità spaziale dei dati provenienti dalle misure di spostamento a campo pieno ESPI per calcolare i campi di deformazione ed i campi di tensione su l'intera superficie oggetto della misura. Trattandosi però comunque di vettori di dati discreti, la semplice derivazione dei campi di spostamento sarebbe soggetta a grossolani errori, rendendo falsa la stima delle grandezze deformazione/tensione. La parte fondamentale del software è quindi costituita dall'implementazione in linguaggio C di un'affidabile tecnica di derivazione numerica di dati discreti. Successivamente, l'applicazione di tale operatore ai dati letti dalla strumentazione ESPI permette il calcolo delle mappe del tensore di deformazione. Con un opportuno modello costitutivo del materiale si possono quindi estrarre i campi di tensione che si ha in ogni punto della superficie. Per entrambe le grandezze è possibile calcolare le compoenti principali e la tensione equivalente secondo un modello di rottura scelto. Operando su spostamenti dinamici, dovuti a vibrazioni della superficie di misura, la procedura indicata viene declinata nell'affezione di dati a valori complessi, dando modo di calcolare deformazioni e tensioni dinamiche nel dominio della frequenza, quindi anch'esse a valori complessi. Nel software viene implementata anche la visualizzazione/animazione delle varie grandezze sovrapposte alla deformata operativa della superficie: quindi i vettori delle deformazioni/tensioni principali sono visualizzati sui campi di spostamento da cui derivano, con un altissimo dettaglio spaziale e grafica tridimensionale OpenGL. In appendice al software è stata aggiunta la possibilità di stimare la vita a fatica del componente sfruttando direttamente le misure ESPI, senza dover costruire un modello numerico (da validare poi con dati sperimentali), mediante tecniche spettrali di calcolo del danno cumulativo. Diventa così evidente come l'alto numero di gradi di libertà di misura permetta non solo un'accurata stima delle deformazioni dinamiche superficiali, ma anche fornisca una mappa dettagliata della distribuzione del danno cumulato, al variare dello spettro della forzante, e quindi della vita a fatica o punti critici di rottura, tenendo in dovuta considerazione la dinamica strutturale del componente meccanico. Inoltre, non si rende necessaria una pre-analisi della dinamica dell'oggetto al fine di scelgliere dove localizzare trasduttori tradizionali.

Calcolo delle deformazioni e delle tensioni dinamiche da misure di vibrazione ESPI a campo pieno

ZANARINI, ALESSANDRO
2008

Abstract

Il software sfrutta l'altissima densità spaziale dei dati provenienti dalle misure di spostamento a campo pieno ESPI per calcolare i campi di deformazione ed i campi di tensione su l'intera superficie oggetto della misura. Trattandosi però comunque di vettori di dati discreti, la semplice derivazione dei campi di spostamento sarebbe soggetta a grossolani errori, rendendo falsa la stima delle grandezze deformazione/tensione. La parte fondamentale del software è quindi costituita dall'implementazione in linguaggio C di un'affidabile tecnica di derivazione numerica di dati discreti. Successivamente, l'applicazione di tale operatore ai dati letti dalla strumentazione ESPI permette il calcolo delle mappe del tensore di deformazione. Con un opportuno modello costitutivo del materiale si possono quindi estrarre i campi di tensione che si ha in ogni punto della superficie. Per entrambe le grandezze è possibile calcolare le compoenti principali e la tensione equivalente secondo un modello di rottura scelto. Operando su spostamenti dinamici, dovuti a vibrazioni della superficie di misura, la procedura indicata viene declinata nell'affezione di dati a valori complessi, dando modo di calcolare deformazioni e tensioni dinamiche nel dominio della frequenza, quindi anch'esse a valori complessi. Nel software viene implementata anche la visualizzazione/animazione delle varie grandezze sovrapposte alla deformata operativa della superficie: quindi i vettori delle deformazioni/tensioni principali sono visualizzati sui campi di spostamento da cui derivano, con un altissimo dettaglio spaziale e grafica tridimensionale OpenGL. In appendice al software è stata aggiunta la possibilità di stimare la vita a fatica del componente sfruttando direttamente le misure ESPI, senza dover costruire un modello numerico (da validare poi con dati sperimentali), mediante tecniche spettrali di calcolo del danno cumulativo. Diventa così evidente come l'alto numero di gradi di libertà di misura permetta non solo un'accurata stima delle deformazioni dinamiche superficiali, ma anche fornisca una mappa dettagliata della distribuzione del danno cumulato, al variare dello spettro della forzante, e quindi della vita a fatica o punti critici di rottura, tenendo in dovuta considerazione la dinamica strutturale del componente meccanico. Inoltre, non si rende necessaria una pre-analisi della dinamica dell'oggetto al fine di scelgliere dove localizzare trasduttori tradizionali.
2008
A. Zanarini
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