Creazione di un codice per il calcolo analitico delle tensioni affaticanti in giunzioni bullonate soggette a flessione = Development of a tool for the analytical computation of fatigue stress of bolted joints loaded in bending

L’obiettivo della tesi è quello di realizzare un' applicazione dotata di interfaccia grafica (Graphical User Interface – GUI) che consenta di calcolare analiticamente le tensioni affaticanti in giunzioni bullonate soggette a flessione. Il software scelto per la realizzazione dell’applicazione è Matlab. La giunzione bullonata utilizzata come caso studio si trova nella zona anteriore dell' albero motore (Crankshaft Nose Bolt) e consente il fissaggio di un hub principale e da 1 a 4 cilindri. Gli input necessari alla scrittura del codice sono dati dalla geometria di ogni componente del sistema e dal valore e orientazione delle varie forze esterne applicate. Il primo obiettivo è la ricerca della forza di reazione a cui è sottoposta la giunzione bullonata, infatti su ogni componente vi è l' applicazione di una o più forze esterne trasversali. Per risolvere questo problema si è semplificato il modello utilizzando la teoria della travi e si è considerato ogni componente come una trave incastrata. La risoluzione di un sistema di equazioni lineari ricavate dall' equilibrio di forze, momenti e frecce dei vari componenti consente di raggiungere l' obiettivo. Si procede quindi al calcolo delle tensioni e si utilizza l' equazione di Goodman per la determinazione del fattore di sicurezza a fatica, facendo attenzione a considerare l' effetto d' intaglio sia nella vite che nel naso. Il limite di fatica della vite viene calcolato utilizzando le direttive della normativa tedesca VDI 2230. La giunzione bullonata studiata presenta due configurazioni principali, long bolt e short bolt. La differenza risiede semplicemente nel punto di fissaggio della vite, che può essere anteriore o posteriore al filetto del naso. In ambo le configurazioni è possibile l' aggiunta di un ulteriore componente denominato pressfit, che consente di collegare direttamente il naso con l' hub principale o con uno dei cilindri. I risultati del codice sono validati utilizzando come confronto un calcolo agli elementi finiti (FE). Tale procedura FE è stata in passato validata su dati sperimentali e può essere utilizzata come riferimento. L’applicazione realizzata riproduce con buona precisione i risultati ottenuti tramite calcolo FE, utilizzando però un tempo di calcolo e di settaggio dell’analisi molto inferiore. Lo strumento creato all’interno della tesi si configura quindi come un valido aiuto nella fase di design e pre-design, quando calcoli di sufficiente precisione ma di rapida esecuzione consentono di realizzare un primo screening delle possibili soluzioni costruttive.