Ottimizzazione strutturale del telaio di una macchina perforatrice tramite co-simulazione FEM e Dinamica Rigida = Structural Optimization of a Drilling Machine Frame through FEM and Rigid Body Dynamics Co-Simulation

Nel contesto specifico delle macchine di perforazione, il telaio deve garantire il soddisfacimento di molteplici requisiti tecnici fondamentali, tra cui la capacità di resistere a carichi statici e dinamici, garantire un adeguato rapporto tra peso e prestazioni, avere dei costi contenuti e rispondere ai requisiti di rigidezza strutturale. Tuttavia, le esigenze progettuali, unite alla necessità di integrare il telaio con altri sistemi e componenti, spesso comportano modifiche successive nel corso della vita operativa della macchina. Questi adattamenti possono compromettere l’ottimizzazione delle proprietà strutturali originarie, determinando una diminuzione delle prestazioni meccaniche e funzionali rispetto ai valori progettuali iniziali. La presente tesi si concentra sull'analisi critica del telaio portante di una macchina di perforazione, progettata e realizzata da Soilmec S.p.A. e denominata con la sigla SR-65, con l'obiettivo di valutarne il comportamento strutturale in diverse condizioni operative e proporre una soluzione progettuale ottimizzata. L’approccio metodologico prevede l’impiego di strumenti agli elementi finiti (FEM) per la simulazione statica e modale del telaio, integrati in una co-simulazione con software di dinamica rigida, al fine di modellare con maggiore realismo il trasferimento dei carichi generati dal gruppo di scavo verso la struttura principale della macchina nella zona di interfaccia. Una delle principali difficoltà incontrate durante lo studio riguarda la necessità di considerare un ampio spettro di condizioni operative, che riflettono la varietà degli scenari reali in cui la macchina si trova a lavorare nel corso della sua vita utile. Questa complessità ha richiesto la definizione di casi di carico rappresentativi e l’adozione di criteri di valutazione della risposta strutturale in termini di tensioni e spostamenti. La fase conclusiva del lavoro conduce ad una proposta di una soluzione ottimizzata del telaio, sviluppata a partire dai risultati numerici e in collaborazione con i fornitori di componenti strutturali. Il confronto diretto ha permesso di conciliare le esigenze ingegneristiche con i vincoli produttivi, introducendo modifiche geometriche e tecnologiche compatibili con i processi di fabbricazione esistenti. Il risultato è una configurazione migliorata, in grado di garantire prestazioni meccaniche superiori e maggiore affidabilità operativa, senza comprometterne la sicurezza. L’obiettivo del presente studio non è quello di fornire risposte definitive né soluzioni immediatamente implementabili in ambito produttivo. In questa fase preliminare, l’analisi viene condotta a una scala macroscopica, concentrandosi quindi sul comportamento globale del telaio piuttosto che su fenomeni locali. Prima di procedere a una possibile applicazione pratica, si rende necessario un affinamento degli strumenti di analisi, al fine di consentire l’individuazione di eventuali criticità strutturali localizzate, quali concentrazioni di tensione o discontinuità geometriche. Contestualmente, è fondamentale migliorare il livello di dettaglio del modello geometrico, integrando elementi secondari come carter, fori e supporti, così da garantire un’interazione corretta e completa del telaio con gli altri sottosistemi e componenti funzionali del sistema macchina.