Laboratorio e attrezzature sperimentali
Prove di fatica anche multiassiale, caratterizzazione di materiali e componenti e ricerca numerico-sperimentale all’Università di Pisa.
01 / Laboratori di ricerca
Ricerca sperimentale e computazionale su fatica, integrità strutturale e comportamento dei materiali al Dipartimento di Ingegneria Civile e Industriale, Università di Pisa: metalli, polimeri, compositi e materiali da manifattura additiva.
Le attrezzature del dipartimento usate dal gruppo. Accesso e nuove prove si concordano con il personale dei laboratori.
02 / Attrezzature principali
Attrezzature sperimentali
Attrezzature sperimentali
Macchina elettrodinamica assiale–torsionale StepLab
Sistema elettrodinamico per prove di fatica assiali e torsionali, con attuatori distinti per la forza assiale e il momento torcente.
- Forza statica massima, attuatore assiale
- 33 kN
- Forza dinamica massima, attuatore assiale
- 35 kN
- Frequenza massima, attuatore assiale
- 250 Hz
- Momento statico massimo, attuatore torsionale
- 55 N·m
- Momento dinamico massimo, attuatore torsionale
- 80 N·m
- Frequenza massima, attuatore torsionale
- 25 Hz
- Afferraggio provini cilindrici
- Ø 6–12 mm
- Afferraggio provini piatti
- ≤15 mm thick
Attrezzature sperimentali
Sistema servo-idraulico assiale–torsionale Schenck
Sistema servo-idraulico per prove assiali e torsionali, con un attuatore dedicato alla pressione interna su provini tubolari.
- Capacità di carico assiale
- 250 kN
- Momento torcente
- 2000 N·m
- Pressione interna
- 700 bar (70 MPa)
- Afferraggio provini cilindrici
- Ø 5–40 mm
- Afferraggio provini piatti
- 8–20 mm thick
Attrezzature sperimentali
Macchine di prova a risonanza Rumul
Due macchine Rumul a risonanza per prove di fatica ad alto numero di cicli e studi sulla propagazione delle cricche a fatica.
- Portate storiche
- 20 kN; 150 kN
- Frequenza tipica
- 100–150 Hz
Informazioni storiche sulle attrezzature
Sistemi servo-idraulici monoassiali MTS
Macchine servo-idrauliche monoassiali per prove statiche e cicliche sui materiali, documentate tra le attrezzature sperimentali del gruppo di Costruzione di Macchine.
- Portate storiche
- 25 kN; 100 kN
- Frequenza tipica
- 10–20 Hz
Attrezzature sperimentali
Macchina elettromeccanica StepLab
Macchina elettromeccanica compatta per prove assiali statiche e cicliche, con carico massimo di 10 kN e frequenza massima di 20 Hz.
- Carico massimo
- 10 kN
- Frequenza massima
- 20 Hz
Gli intervalli dipendono da provino e configurazione; la fattibilità si valuta per ogni progetto.
03 / Misure sperimentali
Strumentazione e metodi sperimentali
Altre attrezzature per prove strutturali, vibrazionali e termiche e per la preparazione dei provini.
Attrezzature sperimentali
Banco riconfigurabile per prove strutturali
Banco riconfigurabile per prove strutturali con tre attuatori idraulici Schenck, destinato a indagini su componenti, giunti saldati e telai di veicoli.
- Configurazione attuale
- 3 Schenck actuators
In precedenti configurazioni sperimentali su larga scala sono stati impiegati fino a sette attuatori.
Attrezzature sperimentali
Vibrazioni e dinamica strutturale
Allestimenti sperimentali con shaker per misure vibrazionali, caratterizzazione dinamica e prove di fatica da vibrazioni. Le attività di ricerca comprendono anche misure modali mediante vibrometro laser.
Attrezzature sperimentali
Condizionamento termico e ambientale
Attrezzature per prove a fatica, creep e interazione creep–fatica a temperatura controllata, tra cui forni a induzione, forni a resistenza e una camera climatica StepLab.
- Forno a induzione
- Up to 900 °C
- Forno a resistenza
- 200–1000 °C
- Camera climatica StepLab
- −30 to +180 °C
Attrezzature sperimentali
Preparazione dei provini e metrologia
Tornitura CNC, fresatura e attrezzature per la preparazione di provini cilindrici, piatti, intagliati e tubolari. La caratterizzazione superficiale comprende misure di rugosità a contatto e ottiche e prove di durezza Vickers.
- Lavorazioni meccaniche
- CNC lathe and milling
- Rugosità superficiale
- Ra; Rz
- Durezza
- Vickers
Specifiche del costruttore
Termocamera ad alta velocità FLIR X6901sc
Termocamera ad alta velocità per misure senza contatto dei campi di temperatura durante le prove sperimentali.
- Rivelatore
- Cooled InSb
- Risoluzione
- 640 × 512
- Banda spettrale
- 3–5 µm
- Frequenza a pieno formato
- Up to 1004 frames/s
- Sensibilità termica
- ≤20 mK NETD
- Intervallo digitale
- 14 bit
- Campo di temperatura standard
- −20 to 350 °C with suitable optics
Risposta di materiali e giunti
Gli studi precedenti documentano la caratterizzazione statica e a fatica di materiali e giunti. Provino, condizioni di carico e misure richieste definiscono la fattibilità di una nuova campagna.
Deformazioni, vibrazioni e temperatura
Le ricerche svolte comprendono misure di deformazione, vibrazione e temperatura. Sensori, impostazioni di acquisizione, intervalli operativi e accesso ai laboratori devono essere verificati per ogni studio.
Correlazione con i modelli ed elaborazione dei dati
I risultati sperimentali possono essere confrontati con modelli analitici e agli elementi finiti, utilizzando la programmazione scientifica per valutare le previsioni e documentare l’analisi.
04 / Laboratori di ricerca
Cosa possiamo studiare
Studi e dataset precedenti. Nuovi materiali o condizioni di carico richiedono una verifica specifica di fattibilità.
Fatica e durabilità
Studiare il comportamento sotto carichi ciclici, caratterizzare la risposta a fatica e confrontare le previsioni di vita con i risultati sperimentali.
Caratterizzazione meccanica
Studiare la risposta meccanica di materiali e componenti. Le ricerche precedenti comprendono compositi polimerici, giunti ibridi ed effetti della temperatura sul comportamento dei materiali.
Giunti e integrità strutturale
Integrare misurazioni e analisi numeriche per valutare componenti saldati e giunti meccanici, tenendo conto delle tensioni residue e della risposta a fatica.
Validazione di modelli numerici
Combinare analisi agli elementi finiti e misurazioni meccaniche per verificare le previsioni dei modelli. L’esperienza comprende misure di deformazione, vibrazione e temperatura e il confronto tra simulazioni e prove su componenti.
Dati e metodi per l’ingegneria
Elaborare dati sperimentali, sviluppare software scientifici e confrontare metodi analitici o numerici. Raccolte di dati riproducibili e algoritmi documentati contribuiscono all’interpretazione dei risultati e alla validazione dei modelli.
05 / Parliamo di una collaborazione
Parliamo di uno studio o di una collaborazione di ricerca
Gruppi universitari e reparti R&S possono proporre ricerche congiunte, campagne di prova o sviluppo di metodi.
Indica il problema, il materiale o componente, i carichi e le misure previste, e i tempi. Le attività dipendono dalla fattibilità tecnica e dalle procedure istituzionali.
andrea.chiocca@unipi.it