Progettazione di moduli spaziali: confronto tra i risultati delle simulazioni numeriche ad elementi finiti e le misure sperimentali delle tensioni residue generate nel processo di Friction Stir Welding = Design of space modules: comparison between the results of numerical finite element simulations and experimental measurements of the residual stresses generated in the Friction Stir Welding process

Le tensioni residue che si generano su componenti strutturali a seguito dei processi di manifattura impiegati per la loro produzione possono influenzare la durata e l’integrità dei componenti stessi. In fase di design e progettazione, al fine di stimare correttamente i carichi ultimi cui una struttura può resistere nel corso della sua vita operativa, risulta, quindi, fondamentale tener conto di queste sollecitazioni, che, in questo contesto, sono da intendere come un “pre-carico” agente sul materiale. Il presente lavoro di Tesi si focalizza sullo studio di una particolare tipologia di sollecitazioni residue, ottenute tramite processi di Friction Stir Welding (FSW), applicati alla progettazione di moduli spaziali. Si tratta, infatti, di una tecnica di saldatura allo stato solido ampiamente utilizzata nel settore aerospaziale per la sua capacità di ridurre il peso strutturale e migliorare le proprietà meccaniche delle giunzioni. L'obiettivo del lavoro è confrontare i risultati delle simulazioni numeriche agli elementi finiti, realizzate mediante il software Simufact Welding, con dati sperimentali ottenuti su campioni saldati. La tesi si articola in due fasi principali: una prima parte dedicata allo sviluppo e alla validazione di un modello numerico adatto alla ricreazione dei residual stress ottenuti mediante processi di FSW realizzati negli impianti di saldatura della sede di Torino dell’azienda Thales Alenia Space Italia; una seconda parte incentrata sull’ideazione di una sorgente di calore pensata ad hoc per il processo, da implementare sul software in vista di un miglioramento della simulazione. I risultati mostrano una buona correlazione tra le previsioni numeriche e le misurazioni sperimentali, confermando la validità del modello adottato e mostrano come parametri di processo quali velocità di avanzamento e rotazione del tool influenzino significativamente la distribuzione delle tensioni residue. Il lavoro rappresenta, in questo senso, un contributo significativo nella direzione di un utilizzo più efficiente delle simulazioni numeriche nella progettazione e ottimizzazione dei processi di saldatura per applicazioni spaziali.