Simulazione del processo di lastratura di grandi assiemi per l'industria ferroviaria = Welding simulation of big assemblies for railway industry

La simulazione al calcolatore è uno strumento potente ed efficace per la valutazione delle prestazioni del prodotto e la pianificazione del sistema produttivo, in particolare per i sistemi di produzione complessi. Attraverso tale tecnologia è infatti possibile individuare tempestivamente eventuali errori progettuali, identificare possibili problemi in un particolare sistema produttivo e nell’ottimizzazione delle linee per la minimizzazione del costo di produzione del prodotto. Il forte sviluppo delle tecnologie informatiche che si è raggiunto negli ultimi anni ha decisamente contribuito al potenziamento dell’efficacia delle simulazioni numeriche in ambito ingegneristico. Questo discorso comprende, di conseguenza, anche il campo della saldatura, permettendo quindi di ottenere risultati di simulazioni inerenti fenomeni molto complessi conseguenti a tele tipo di processo in tempi computazionali relativamente brevi. La saldatura è un processo di giunzione volto a vincolare permanentemente componenti strutturali solidi, creando una continuità a livello microstrutturale nel materiale stesso. L’interazione di fenomeni meccanici, termici e metallurgici genera stress residui e distorsioni che possono influenzare negativamente il comportamento di tali strutture nelle applicazioni per le quali sono state progettate. Attraverso analisi numeriche è possibile dunque poter prevedere gli effetti termomeccanici e metallurgici dovuti ai processi di giunzione, consentendo di controllare distorsioni, stato tensionale residuo e, più in generale, la qualità della saldatura solo però successivamente ad un’operazione di calibrazione di un modello di sorgente termica che simula l’apporto di energia necessario per l’efficacia di tale processo di collegamento. Nel presente elaborato, utilizzando il software Sysweld sviluppato da ESI Group, sono state condotte delle simulazioni per poter prevedere la risposta del materiale conseguente agli effetti termici tipici del processo di saldatura di una fiancata di un veicolo ferroviario ad alta velocità prodotto dalla ALSTOM Ferroviaria S.P.A. nello stabilimento di Savigliano (CN): trattandosi di un assieme molto grande e complesso, l’analisi è stata eseguita andando a modellare inizialmente un unico giunto ed in seguito i risultati sono stati man mano estesi a sezioni di dimensione crescente, consentendo quindi di ottenere dei risultati per un modello di circa 4 metri di lunghezza e caratterizzato da tre giunti saldati. Fondamentale è stata la fase di calibrazione della sorgente termica tenendo conto della macrografia del materiale realmente saldato, attraverso la quale è stato possibile ottenere i dati di postprocessing. Tuttavia, nonostante l’utilizzo di più solutori in parallelo (nello specifico, otto processori), il tempo computazionale di tale simulazione è risultato essere notevolmente cospicuo. Per questo motivo è stata condotta un’ulteriore analisi sullo stesso modello, focalizzandosi però sulle deformazioni che subisce la struttura in seguito al fenomeno di ritiro che il materiale manifesta nella fase di raffreddamento post saldatura, utilizzando il software Visual Assembly. Adottando questa differente strategia di simulazione, i tempi computazionali sono stati drasticamente ridotti, in quanto considerando uguali condizioni al contorno e ugual numero di core, i risultati sono stati ottenuti in un intervallo temporale di circa tre ore, a discapito, ad ogni modo, dell’accuratezza di calcolo.