I ricercatori qualificano le staffe aerospaziali stampate in 3D e utilizzano l’analisi dello stress termoelastico per i test
Le staffe aerospaziali stampate in 3D realizzate con leghe di titanio stanno diventando più comuni nella progettazione di veicoli spaziali e satelliti. Qualsiasi componente aerospaziale, tuttavia, non può essere stampato in 3D e incollato sul veicolo spaziale, ma deve essere testato e qualificato per garantire che il suo comportamento meccanico, tra le altre qualità, sia accettabile. In uno studio intitolato ” Tecniche di misurazione senza contatto per la qualificazione dei supporti aerospaziali realizzati da tecnologie di produzione additiva “, un team di ricercatori intraprende uno studio di fattibilità dell’analisi di sollecitazione termoelastica (TSA) su una staffa spaziale in lega di titanio realizzata da Electron Beam Melting.
I ricercatori hanno sviluppato una metodologia che hanno implementato su una staffa satellitare in lega basata sul titanio. Hanno prima progettato un banco di prova per TSA. Al fine di definire possibili deviazioni tra il comportamento meccanico previsto ed effettivo, hanno confrontato i risultati della TSA con un’analisi agli elementi finiti valutata sul modello CAD.
“Abbiamo focalizzato la nostra attenzione sulle regioni in cui il FEM valutato predice concentrazioni più elevate di stress, cioè le curvature vicino al vincolo del corpo rigido (vedi figura 3), e li abbiamo osservati sia dal lato esterno che da quello interno,” i ricercatori affermano . “… Nella figura 4 (a), la localizzazione dello stress è in accordo con quella prevista, confermando la fattibilità dell’indagine TSA per il componente esaminato. Dall’altro lato, la figura 4 (b) mostra un altro risultato in accordo con la fisica del problema: le curvature superiori e inferiori funzionano in modo opposto in termini di stress: quando quelle sono allungate, le altre sono compresse e viceversa. ”
Hanno estratto linee di interrogatorio significative al fine di ottenere una maggiore sensibilità sulle tendenze dello stress.
“Pertanto, è notevole il fatto che la tendenza allo stress relativa all’analisi FEM condotta sul modello CAD (figura 5 (b)) sia molto più agevole delle tendenze nel componente reale”, proseguono i ricercatori. “Questo è un dato inaspettato, poiché generalmente accade il contrario a causa del fatto che una piccola quantità di scambio di calore si verifica sempre durante un test termoelastico, lisciando le curve e fornendo una piccola perdita di risoluzione. Al contrario, la nostra campagna di test rivela che la particolare struttura micro / macro e la ruvidità della superficie fornite dal processo di produzione additiva, portano a picchi di stress localizzati, non prevedibili a priori. ”
I risultati dell’analisi hanno mostrato le stesse tendenze a scale più grandi, ma picchi inaspettati più piccoli nei dati TSA e nel FEM valutato, a causa della particolare conformazione micro e macro data dal processo di stampa 3D.
“Quindi, la nostra tecnica di misurazione, in congiunzione con le solite indagini morfologiche e dimensionali, potrebbe rendere disponibile un processo di qualificazione non distruttivo più completo per le staffe aerospaziali AM, fornendo informazioni sull’efficacia del comportamento meccanico di queste strutture”, concludono i ricercatori.
Gli autori del documento comprendono G. Allevi, M. Cibeca, R. Fioretti, R. Marsili, R. Montanini e G.
