Fatica e corrosione di materiali metallici

MMSATA04

Docenti

Prof. Pietro Paolo MILELLA | Università di CASSINO

Argomenti

Il corso rappresenta il completamento di quello base in cui è stata presentata la fenomenologia della fatica ed i metodi oggi disponibili per la progettazione a fatica basati sulle curve S/N. Esso si articola in due parti distinte: la prima illustra l'approccio alla fatica più innovativo, basato sulla meccanica della frattura. La seconda, è concentrata sulla tensocorrosione e sulla corrosione assistita dalla fatica, anche detta fatica ambientale. Questi ultimi aspetti, oggi quanto mai attuali e particolarmente difficili da trattare con una formulazione unica, vengono descritti ed affrontati con i concetti e gli strumenti più avanzati della Meccanica della Frattura, i soli, per altro, capaci di offrire uno strumento applicativo progettuale. Ciò rende il corso particolarmente innovativo ed interessante in quanto, pur essendo quelli corrosivi fenomeni di natura prettamente elettrochimica, il loro studio viene affrontato mediante concetti meccanici di analisi delle sollecitazioni sia per la previsione d'innesco di corrosione che per il suo sviluppo, in particolare se assistito dalla fatica.

Obiettivi

Sulla base di quanto detto, obiettivo del corso è approfondire alcuni aspetti della simulazione numerica di problemi di flusso e trasporto reattivo e trasporto dipendente dalla densità. In particolare vengono discussi gli aspetti salienti della realizzazione di simulazioni a scala di campo o di vari chilometri quadrati, in connessione con gli aspetti di reperimento dati e del loro "trasferimento" sul dominio di calcolo.
Il corso è di carattere intermedio e intende focalizzarsi in parte sugli aspetti salienti della simulazione numerica e in parte sugli aspetti numerici della simulazione, con particolare rilievo agli accoppiamenti delle equazioni e a come, al variare delle caratteristiche del dominio, sia per i casi di flusso negli acquiferi in zona satura e insatura che di trasporto. Per ognuno di questi vengono presentati dei casi test per i quali si illustrano la schematizzazione, la discretizzazione spaziale, l'impostazione delle condizioni al contorno e iniziali e i risultati.

Contenuti

• Parte Prima: La meccanica della frattura nello studio della fatica nei materiali metallici

  • La meccanica della frattura nell'analisi della fatica: equazioni empiriche;
  • Fenomenologia della fatica: iniziazione ed accrescimento;
  • Propagazione delle cricche sotto carichi ad ampiezza costante;
  • Acciai ferritici, martensitici, austenitici, leghe di alluminio, titanio, nickel;
  • Effetto della tensione media sulla velocità di crescita;
  • Effetto della frequenza e forma del ciclo di fatica;
  • Crack closure e fatica: il Keff ;
  • Kth di soglia;
  • Effetto delle variabili di carico sulla crack-closure;
  • Sviluppi e limiti del Keff;
  • Ciclaggio ad ampiezza variabile e ritardo crescita; analisi della fatica;
  • Effetto dei sovraccarichi;
  • Crescita delle cricche poco profonde;
  • Metodi sperimentali di misura della crescita di una cricca per fatica; normative
  • Curva di resistenza J-R e fatica;

  Parte seconda. Tensocorrosione e fatica ambientale

  • Introduzione e cenni storici;
  • Aspetti chimico-fisici della corrosione;
  • Aspetti elettrochimici della corrosione;
  • Diagrammi di Pourbaix;
  • Modelli di crescita della cricca per corrosione;
  • La prova CERT;
  • Corrosione sotto tensione;
  • La tensocorrosione negli acciai ferritici, martensitici, leghe di alluminio, titanio, nickel;
  • Innesco della corrosione: determinazione sperimentale del KISCC;
  • Fattori non chimici che influiscono sulla tenso-corrosione;
  • Vaiolatura;
  • Fatica assistita dalla corrosione (fatica ambientale o fatica statica);
  • Fatica ambientale e tensocorrosione;
  • Modelli di calcolo del rateo di crescita della fatica ambientale con tensocorrosione.

Programma

Prima Giornata
La meccanica della frattura nello studio della fatica dei materiali metallici
09.00 Benvenuto. La meccanica della frattura nell’analisi della fatica: equazioni empiriche
09.30 Fenomenologia della fatica: iniziazione ed accrescimento
10.30 Propagazione delle cricche sotto carichi ad ampiezza costante;
11.00 Acciai ferritici, martensitici, austenitici, leghe di alluminio, titanio, nickel
11.20 Pausa caffè
11.40 Effetto della tensione media sulla velocità di crescita;
12.15 Effetto della frequenza e forma del ciclo di fatica
13.00 Crack closure e fatica: il DKeff
13.30 Pausa pranzo
14.00 DKth di soglia
14.30 Effetto delle variabili di carico sulla crack-closure
15.00 Sviluppi e limiti del DKeff
15.30 Ciclaggio ad ampiezza variabile e ritardo crescita; analisi della fatica
15.45 Effetto dei sovraccarichi
16.15 Crescita delle cricche poco profonde
16.30 Metodi sperimentali di misura della crescita di una cricca per fatica; normative
17.00 Curva di resistenza J-R e fatica
17.30 Esercitazioni

Seconda Giornata
Tensocorrosione e fatica ambientale
09.00 Introduzione e cenni storici
09.30 Aspetti chimico-fi sici della corrosione
10.30 Aspetti elettrochimici della corrosione
10.50 Diagrammi di Pourbaix
11.15 Pausa caffè
11.30 Modelli di crescita della cricca per corrosione
12.00 La prova CERT
12.30 Corrosione sotto tensione
13.30 Pausa Pranzo
14.00 Innesco della corrosione: determinazione sperimentale del KISCC
14.30 Fattori non chimici che infl uiscono sulla tenso-corrosione
15.00 Vaiolatura
15.30 Fatica assistita dalla corrosione (fatica ambientale o fatica statica)
16.15 Pausa caffè
16.30 Modelli di calcolo del rateo di crescita della fatica ambientale con tensocorrosione
17.00 Fatica ambientale e tensocorrosione
17.30 Conclusione del corso

Destinatari

Progettisti di strutture metalliche, acciai e leghe non ferrose, anche saldate, che operino in condizioni ambientali potenzialmente aggressive sotto carico statico o variabile, con richieste avanzate dintegrità strutturale anche in presenza di possibili difettosità di produzione, messa in opera o esercizio; Docenti e ricercatori che intendano approfondire le conoscenze nel campo della fatica ambientale e tensocorrosione.

Prerequisiti

Il corso è concepito come pacchetto autosostenentesi: le conoscenze di base di cui necessita, nel campo dell'ingegneria e dell'analisi, sono quelle di una laurea breve in Ingegneria o Fisica o Matematica o di un diploma tecnico. Le nozioni più avanzate verranno fornite come contenuto del corso stesso. Esso, pertanto, anche se entra in un dettaglio molto specialistico, non richiede prerequisiti particolari configurandosi ideale per sia laureati in ingegneria, sia per diplomati tecnici.

Testi di riferimento

Il corso si basa sul libro di testo di prossima pubblicazione: "Fatica e corrosione nei materiali metallici" del Prof. Pietro Paolo Milella.

Materiale didattico

Ad ogni partecipante al corso verranno fornite delle dispense/note relative agli argomenti trattati, assieme a copia delle slides utilizzate durante le lezioni.