ANALISI NUMERICA FEM DI IMPATTI SU CARENATURE FERROVIARIE IN METALLO E IN COMPOSITO = FEM NUMERICAL ANALYSIS OF METAL AND COMPOSITE TRAIN SIDE SKIRTS

L’obiettivo di questa tesi, realizzata in collaborazione con Fev Italia e con Production Group è quello di correlare numericamente tramite software agli elementi finiti esplicito l’impatto di un proiettile ad alta velocità su una carenatura ferroviaria in composito ed una in metallo. Sulla base di un test sperimentale effettuato che simula l’impatto di detriti sulla carenatura ferroviaria durante la sua vita utile di servizio, è stato realizzato un modello FEM utilizzando il software dinamico esplicito Radioss, ricreando in maniera fedele la piastra, i materiali ed i proiettili utilizzati in questo test. Il test ha previsto una serie di impatti ad alte velocità variabili in cui il proiettile viene sparato tramite un cannone ad aria compressa ed impatta la piastra in prossimità del suo centro. Lo scopo del test è quello di verificare l’ integrità del provino a determinati livelli energetici definiti dalla norma utilizzata tramite ispezione visiva e di prelevare i dati necessari per la correlazione con il modello FEM. Per il modello FEM sono stati realizzati un provino in alluminio ed un provino in composito,costitutiti da piastre rinforzate incastrate ai lati ed inclinate di circa 60 gradi rispetto all’orizzontale.Anche i proiettili sono stati fedelmente ricreati e gli sono state associate varie velocità determinate dalle rilevazioni sperimentali durante i test. La piastra in alluminio è stata modellata utilizzando elementi quad 2D e definendo il materiale seguendo il modello elasto-plastico di Johnson-Cook. Il modello con il provino in alluminio è stato poi utilizzato come base per lo sviluppo di quello in composito. La piastra in composito è stata modellata con elementi 2D utilizzando un modello Tsai-Wu modificato che vede scalati stress ed energie di impato in base allo strain rate dell’impatto e che permette di includere fenomeni di plasticità nel composito ( realizzato tramite formulazione CRASURV su Radioss). Al fine di ottenere possibili riscontri analitici e di avere una stima della forza di contatto generata, è stato inoltre implementato tramite Matlab il metodo di Olsson adatto per impatti a basso rapporto di massa impattore/corpo impattato. Una volta sviluppati i modelli numerici e quello analitico per il composito,i risultati tra questi e il setup sperimentale sono stati comparati per verificarne la correlazione. Si conclude il tutto con una breve panoramica su futuri sviluppi riguardanti questa tematica e questa attività sviluppata.