Meccanica della frattura computazionale

MMSBTA09

Docenti

Prof. Nicola Bonora, DiMSAT, Universita' di Cassino

Generalità e Obiettivi

I criteri e le metodologie per la valutazione dell'integrità strutturale di componenti richiedono necessariamente l'impiego di strumenti di calcolo finalizzati alla determinazione dell'effettivo stato di sollecitazione nel punto materiale. Il loro corretto utilizzo richiede l'impiego di strategie numeriche mirate, non sempre disponibili nei codici di calcolo commerciali in forma automatizzata. Il corso intende fornire una visione completa ed approfondita delle diverse strategie numeriche e metodologie operative rivolte alla possibilità di prevedere le condizioni di incipiente cedimento in un componente. Tali metodiche vengono esaminate sulla base della specificità del meccanismo di rottura del materiale (clivaggio, rottura duttile e creep). Relativamente alla frattura fragile, vengono richiamati i concetti essenziali di Meccanica della Frattura Lineare Elastica (MFLE) ed elasto-plastica (MFEP), già argomento di altri corsi, e sono analizzate le diverse procedure di calcolo finalizzate alla modellazione delle singolarità del campo di sollecitazione, al calcolo dell'intensità del campo stesso (K e J) ed alla verifica delle condizioni per la sua applicabilità (K e J dominanza). Viene presentata e discussa in dettaglio la metodologia dell'Approccio Locale (Local Approach to Fracture) finalizzata alla stima, in termini probabilistici, del rischio di rottura fragile in componenti in presenza di stato triassiale di sollecitazione indotto da intagli o variazioni geometriche. Per quel che riguarda il cedimento duttile ed il creep, sono presentate in maniera concisa ed immediatamente fruibile le problematiche relative alla modellazione del danno con modelli di meccanica del continuo (continuum damage mechanics, CDM) e di porosità (modelli alla Gurson e Rousselier). Vengono presentate le strategie di simulazione di innesco ed avanzamento di difettosità macroscopiche attraverso le tecniche di rilascio dei nodi, della rimozione degli elementi e con l'impiego di modelli coesivi. Le diverse tematiche affrontate sono sempre correlate da esempi pratici applicativi e, dove possibile, da 'case history'.

Programma

Prima Giornata
09.00 Damage tolerance: richiami e definizioni dei concetti generali di Meccanica della Frattura
11.00 Coffee Break
11.15 Tecniche di modellazione di campo
13.00 Pausa Pranzo
14.00 Metodi energetici per il calcolo del SIF: virtual crack extension e integrale energetici
16.00 Coffee Break
16.15 Effetti non lineari: piccole deformazioni, grandi deformazioni, elasticità nonlineare, tecniche di validazione: accuratezza, path indipendenza, etc.
18.00 Conclusione

Seconda Giornata
09.00 Estensione al caso elasto-plastico: J, COD, CTOD
11.00 Coffee Break
11.15 Stima del constraint: K e J dominanza, T e Q-stress
13.00 Pausa Pranzo
14.00 Tecniche e strategie per la propagazione di cricche
16.00 Coffee Break
16.15 Modellazione coesiva
18.00 Conclusione

Terza Giornata
09.00 Introduzione su i modelli di danno, softening e identificazione degli effetti del danno
11.00 Coffee Break
11.15 Modelli costitutivi: Gurson e CDM
13.00 Pausa Pranzo
14.00 Identificazione dei parametri e trasferibilità geometrica
16.00 Coffee Break
16.15 Esempi ed applicazioni
18.00 Conclusione

Destinatari

Progettisti di strutture metalliche, acciai e leghe non ferrose, con richieste avanzate d'integrità strutturale quali progettazione fail safe e damage tolerance, ricercatori che intendano approfondire le conoscenze nel campo degli aspetti numerici e computazionali del meccanica della frattura non lineare; gli utenti di codici di calcolo strutturale che intendano sviluppare le applicazioni numeriche nel campo della valutazione dell'integrità strutturale.

Prerequisiti

Il modulo è concepito per affrontare gli aspetti operativi e specialistici dell'integrità strutturale senza la necessità di prerequisiti specifici oltre alle conoscenze di base nel campo dell'ingegneria. È tuttavia consigliabile una conoscenza di base della meccanica della frattura lineare e non lineare.

Materiale didattico

Ad ogni partecipante al corso sarà fornita la copia delle slides che saranno utilizzate durante le lezioni