Modellazione matematica multi-scala interconnessa ad un modello FE per la stima della resistenza a fatica delle leghe di alluminio da fonderia di interesse nel campo “automotive”

Project: Research project

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Obiettivo della ricerca: Obiettivo della ricerca è sviluppare un modello matematico multi-scala, opportunamente validato attraverso l’esecuzione di una campagna sperimentale di analisi metallografica, per la previsione delle caratteristiche microsrutturali e dei difetti di fusione riscontrati nelle leghe di alluminio da fonderia di interesse nel campo automotive, con particolare riferimento alla lega A356, in funzione dei parametri di processo utilizzati per la realizzazione di componenti meccanici. Il modello matematico, mediante programma di calcolo simbolico e numerico con acceso diretto al kernel, che consente accesso diretto a software tipo ad elementi finiti, verrà quindi successivamente interconnesso all’input del codice ad elementi finiti ANSYS per lo sviluppo di un modello di simulazione del comportamento a fatica del materiale; tale modello consentirà di quantificare l’accumulo e la concentrazione della deformazione plastica indotta dalle eterogeneità a livello macro e micrometrico. Verrà inoltre valutato e quantificato l’accumulo del danneggiamento del materiale in funzione delle predette deformazioni per la successiva determinazione della resistenza a fatica del materiale. Il modello matematico terrà in considerazione sia aspetti macroscopici, in termini di equazioni di trasmissione del calore, parametri geometrici e caratteristiche del materiale che aspetti microscopici quali diffusione di idrogeno, nucleazione ed accrescimento. Si inizierà con una raccolta bibliografica dei più significativi studi sperimentali e di modellazione presenti in letteratura utili per la determinazione dei parametri multi-scala del modello considerando tutti i fattori macro e microstrutturali che influiscono sul comportamento a fatica del materiale. In particolare il modello matematico sarà in grado di quantificare i seguenti parametri: Dimensione dei pori; Densità dei pori; Geometria dei pori; SDAS (secondary dendrite arm spacing); Dimensione media particelle di silicio; Dimensione media dei composti intermetallici. In definitiva si svilupperà un modello di simulazione interconnesso matematico - FE che in funzione dei parametri di processo consentirà di determinare la resistenza a fatica della lega A356. Stato dell'arte nel campo: Le leghe di alluminio da fonderia, ed in particolar modo le leghe Al-Si-Mg, hanno avuto, negli ultimi anni, una crescente diffusione nell’industria meccanica per la realizzazione di componenti di autoveicoli e motoveicoli. Tali leghe infatti offrono l’opportunità di realizzare componenti caratterizzati da un’elevata resistenza associata ad una sostanziale riduzione di peso ed inoltre, mediante il processo di fusione, è possibile ottenere prodotti finiti o semifiniti ed è pertanto possibile ottenere una effettiva riduzione dei costi rispetto a quelli connessi alla realizzazione degli stessi componenti in leghe ferrose. Tuttavia a fronte di tali vantaggi le leghe Al-Si-Mg hanno un comportamento a fatica fortemente dipendente dalla microstruttura di solidificazione e dai difetti. In letteratura sono presenti, relativamente alla lega A356, numerosi studi di diversi autori sia sulla correlazione tra la morfologia dei difetti e la resistenza a fatica del materiale che sulla definizione di modelli matematici per la previsione della microporosità. Meno numerosi sono invece gli studi che a partire dalle caratteristiche microstrutturali del materiale definiscono modelli FE per la simulazione del comportamento a fatica. Pianificazione e Metodologie della ricerca: La realizzazione degli obiettivi della ricerca è stata pianificata secondo il programma e le metodologie di seguito descritte. Lo sviluppo del programma di ricerca si prefigge il conseguimento di tre macro obiettivi, ciascuno dei quali verrà realizzato in una differente fase del progetto. Ciascuna fase verrà inoltre strutturata in diverse sottofasi. FASE 1 (mesi 1 – 16) - Messa a punto
StatusActive
Effective start/end date1/1/12 → …

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