Analisi agli elementi finiti del processo di rivettatura autoperforante alluminio-acciaio e validazione numerico-sperimentale = Finite element analysis of the aluminum-steel self-piercing riveting process and numerical-experimental validation

La rivettatura autoperforante è una giunzione meccanica a freddo nata negli anni '60, ma sviluppatasi in modo significativo solo negli ultimi trent'anni con lo scopo principale di unire strutture leggere ibride alluminio-acciaio nell'industria automobilistica. Di conseguenza, la sua diffusione è legata alla possibilità di ridurre il peso della carrozzeria dell'autoveicolo in modo da aumentare l'efficienza del carburante e quindi minimizzare le emissioni di gas serra. La capacità di unire materiali simili e dissimili, il tempo di ciclo breve e il basso fabbisogno energetico sono solo alcuni dei vantaggi che giustificano il suo largo impiego. Sebbene non vi siano particolari criticità in opera di parti collegate con rivettatura autoperforante, il processo di giunzione risulta essere una fonte notevole di incertezze, dovute principalmente alle non linearità introdotte dal contatto tra le parti, dal danneggiamento del materiale e dalle grandi deformazioni. Riuscire a prevedere l'evoluzione del processo attraverso tecniche numeriche, ad esempio il metodo agli elementi finiti, ridurrebbe la necessità di test fisici, risparmiando sui costi e sui tempi per effettuarli. Ciò potrebbe evolversi nella progettazione di autoveicoli sempre più competitivi in termini di prestazioni e leggerezza. Questo elaborato, preceduto da un periodo di tirocinio presso il Centro Ricerche Fiat, mira allo sviluppo di un modello numerico affidabile per la simulazione di uno specifico processo di rivettatura autoperforante alluminio-acciaio ed è composto da una parte sperimentale e da una parte numerica. Nella parte sperimentale sono state effettuate alcune giunzioni attraverso la rivettatura autoperforante con degli specifici parametri di processo e sono stati identificati i parametri di qualità dei giunti campione così ottenuti. Nella parte numerica si è andati a replicare tramite simulazione numerica, con il codice commerciale agli elementi finiti Abaqus CAE, il processo sperimentale. Un’ampia esplorazione del danneggiamento del materiale è stata effettuata in modo da comprendere appieno l’approccio al danno duttile fornito dal solutore Abaqus CAE. Due modelli numerici, implicito ed esplicito, sono stati sviluppati in modo da individuare i benefici e le criticità del diverso approccio al problema che ne deriva. Infine è stata effettuata una validazione numerico-sperimentale confrontando i risultati ottenuti col processo sperimentale con quelli ottenuti attraverso la simulazione numerica.