Progettazione a Damage Tolerance.

• 
• Tweet
• Pin It
• Condividi per email

Le proprietà elastiche dei materiali, utilizzate per la simulazione, sono riportate in tabella 1.
L’analisi del modello globale della fusoliera è stata eseguita per determinare la zona più sollecitata nella quale introdurre i sottomodelli con cricca.
I carichi agenti sulla struttura sono definiti in tre spettri di carichi di manovra e diversi livelli di carichi vibratori, a bassa ed alta frequenza; ciascun tipo di carico è definito fornendo il valore di due forze ed un momento che rappresentano la trazione del rotore di coda (indicata come Fy) e la portanza del pianetto orizzontale di coda (Fz), oltre alla coppia di reazione del rotore di coda (My).
La zona più sollecitata risulta essere sulla fiancata di sinistra della fusoliera. In tale zona lo sforzo risulta maggiore che in tutti gli altri pannelli ed inoltre la struttura viene sollecitata a trazione per ogni combinazione di carico.
Con metodologia simile è stata individuata la zona in prossimità del corrente ove è presente la sollecitazione più elevata, da utilizzare per l’analisi della propagazione di cricca nucleata in corrispondenza di un foro di rivettatura.
Il calcolo del fattore d’intensità degli sforzi KI, indipendentemente dalla particolare configurazione, non può essere eseguito direttamente sul modello principale viste le enormi differenze di scala: il modello della coda dell’elicottero ha una dimensione caratteristica di circa 9000 mm mentre lo studio della propagazione coinvolge, almeno inizialmente, difetti di dimensione di pochi millimetri. Risulta quindi difficilmente realizzabile la creazione di un unico modello ad elementi finiti dell’elicottero adatto sia all’analisi dello stato generale di sollecitazione della struttura sia alla determinazione di KI. È stato quindi utilizzato un metodo di sottomodellazione della mesh disponibile nel codice ABAQUS/Standard; tale metodo consente di realizzare un sottomodello di dimensioni limitate e di eseguire un’analisi strutturale su di esso partendo dai risultati ottenuti con un modello di dimensioni maggiori, applicando ai nodi del sottomodello (driven nodes) il campo di spostamento ottenuto dal modello generale (global model).
In corrispondenza della zona della fusoliera maggiormente sollecitata, sono state definite due possibili diverse configurazioni di cricca;
– configurazione 1: cricca sul pannello di rivestimento posizionata fra due correnti adiacenti,
– configurazione 2: cricca sul pannello di rivestimento in corrispondenza del foro del rivetto di giunzione col corrente con rottura di quest’ultimo.
Per calcolare col codice FEM il valore di J-Integral, da cui ricavare successivamente il fattore KI, è stata ipotizzata una cricca propagante in direzione perpendicolare alla direzione del massimo sforzo principale, verificando, in corrispondenza di varie dimensioni della cricca, che la direzione principale non cambiasse.
Con l’utilizzo delle formulazioni di meccanica della frattura, in campo elastico e per stato piano di sforzo (rivestimento con spessore < 1 mm), è valida la relazione (2)
che permette di definire il fattore KI a partire dai valori di J-Integral valutati col codice Abaqus. Per determinare la variazione del fattore di intensità degli sforzi KI in funzione delle dimensioni del difetto, per ciascuna delle due configurazioni studiate è stato necessario realizzare diversi sottomodelli al variare della lunghezza di cricca e per i diversi carichi applicati. In pratica si è valutato l’andamento di KI per diverse dimensioni di cricca, in modo da ottenerne l’andamento continuo KI(a) come interpolazione dei valori così raccolti, per ognuno dei carichi applicati al rotore di coda.

Valutazione della propagazione a fatica

Per quanto riguarda le dimensioni iniziali dei difetti ci si riferisce in particolare alla normativa MIL-A-87221, riferita a strutture alari di velivoli ad ala fissa, che fornisce le dimensioni di riferimento riportate di seguito:
– 1,6 mm di semilunghezza per una cricca su rivestimento (configurazione n.1);
– 1,27 mm di semilunghezza della cricca che parte dal foro di un rivetto (configurazione n. 2). La scelta della dimensione iniziale del difetto è un punto molto importante del procedimento di calcolo. In particolare si è visto che le dimensioni iniziali sono significative soprattutto per quanto riguarda la soglia di propagazione del materiale in questione. Se infatti le dimensioni sono tali per cui (con i carichi in gioco ed il conseguente sforzo nella zona dell’apice della cricca) non vi sono cicli di carico per cui il DKI applicato sia superiore al fattore di intensità degli sforzi di soglia, può succedere che una cricca, pur presente nel materiale, non propaghi indipendentemente dal numero di cicli applicati. Si tratta di una situazione che può verificarsi in realtà e che in genere, se il modello di calcolo utilizzato tiene conto della soglia di propagazione, porta a tempi analitici di propagazione infiniti.

Scarica l'allegato

• 
• Tweet
• Pin It
• Condividi per email