Studio numerico del contatto Hertziano di sfere rivestite = Numerical study of Hertzian contact of coated spheres

L'uso dei rivestimenti oggi è largamente diffuso grazie ai numerosi vantaggi che possono offrire. L'applicazione di uno o più strati aggiuntivi alla superficie è in grado di modificare la risposta di un sistema, a seconda dello spessore e del materiale impiegato. Numerose sono le ricerche condotte per studiare il comportamento dei rivestimenti. L'elaborato in oggetto tratta nello specifico lo studio numerico di sfere rivestite al contatto Hertziano. In particolare si vuole analizzare la risposta meccanica alla compressione di una serie di sfere in acciaio rivestite da uno strato ceramico, valutando l'influenza del diametro della sfera e dello spessore di rivestimento. Le misure del diametro di sfera considerate sono: 7,5 mm, 8,5 mm e 8,9 mm. I valori di spessore di rivestimento esaminati sono invece: 0,3 mm, 0,5 mm e 1 mm. L'analisi si svolge mediante l'applicazione del metodo a elementi finiti, considerando un comportamento di tipo statico. Data l'assialsimmetria del problema, si realizza un modello numerico bidimensionale costituito essenzialmente da un quarto di sfera rivestita a contatto con un semipiano. La forza di compressione agente si ricava tramite prove di laboratorio individuando il valore caratteristico che determina il distacco del rivestimento. Considerata la complessità di eseguire prove di compressione su sfere rivestite, si svolgono prove di flessione a tre punti su provini rivestiti a sezione rettangolare. La forza così determinata si applica infine sul modello numerico in termini di pressione uniforme agente sulla faccia piana del quarto di sfera. A causa della presenza del rivestimento e dell'impossibilità di confrontare i risultati con quelli teorici della teoria di Hertz, la fase sperimentale viene integrata dalla realizzazione di un secondo modello che permette di completare la fase di validazione mediante il confronto con la teoria di omogeneizzazione di sezioni composte bistrato soggette a flessione. Si effettuano quindi le simulazioni nelle diverse configurazioni di sfera e si analizzano le distribuzioni di tensione ottenute, valutando il comportamento del rivestimento a seconda delle misure di diametro e di spessore applicati.