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Tesi etd-02202019-033133


Thesis type
Tesi di dottorato di ricerca
Author
LOFFREDO, MATTEO
URN
etd-02202019-033133
Title
Analisi numerica e sperimentale dell'influenza dell'effetto Bauschinger sugli stati tensionali residui introdotti dall'autoforzamento di recipienti in pressione
Settore scientifico disciplinare
ING-IND/14
Corso di studi
INGEGNERIA INDUSTRIALE
Commissione
tutor Prof. Beghini, Marco
correlatore Prof. Monelli, Bernardo Disma
correlatore Ing. Bagattini, Andrea
Parole chiave
  • Bauschinger Effect
  • User Programmable Features
  • Plasticity
  • Autofrettage
  • Residual Stresses
  • Pressure Vessel
Data inizio appello
01/03/2019;
Consultabilità
completa
Riassunto analitico
Il lavoro di tesi è finalizzato allo studio dell'impatto dell'effetto Bauschinger sullo stato di tensione residua nei recipienti in pressione di forma cilindrica autoforzati. Lo scopo è definire una strategia per prevedere lo stato di compressione residua sul diametro interno: questo parametro è fondamentale per la progettazione di un recipiente in pressione autoforzato e fa da collo di bottiglia per le sue prestazioni. Dal punto di vista modellistico è stato proposto un modello in grado di riprodurre il comportamento monoassiale dei materiali che esibiscono effetto Bauschinger. È stata inoltre proposta e implementata (in ANSYS tramite User Programmable Features-UPF) una corrispondente formulazione multiassiale. I parametri del modello sono stati identificati sulla base di un set di prove di trazione compressione. Il modello con i parametri identificati e' stato poi utilizzato per simulare l'autoforzamento di un cilindro ottenendo risultati qualitativamente corretti. Dal punto di vista sperimentale è stata proposta una tecnica per misurare lo stato di tensione residua in un cilindro autoforzato. La tecnica include il metodo del taglio progressivo e ed è finalizzata a determinare lo stato di deformazione residua. Il passaggio alle tensioni residue viene poi effettuato imponendo questa ultima in un modello FE. La tecnica è stata applicata a due campioni nominalmente identici (per verificarne la ripetibilità) ottenendo risultati. Le misure di tensione residua sono inoltre state confrontate con le misure ottenute con altre tecniche (Blind Hole Drilling in particolare) riscontrando un buon accordo.


The thesis is aimed to study the influence of the Bauschinger effect on the Residual Stress field in autofrettaged cylindrical pressure vessels. The objective is to define a way to forecast the RS at the bore: this parameter drives the design of these mechanical components and bottle-necks their performance. On the modeling side a constitutive model has been formulated in order to reproduce the Uniaxial behavior of a material with Bauschinger effect. This formulation has been extended to multiaxial problems and has been implemented in ANSYS via User Programmable Features-UPF. Then the model parameters were tuned basing on a set of uniaxial tension-compression tests. The tuned model has been deployed to simulate the autofrettage of a cylinder obtaining qualitatively correct results. On the experimental side a method to measure directly the residual stress in an autofrettaged cylinder has been proposed. The method deploys the slitting and targets the Initial Strain Distribution (ISD) as key physical variable. The Residual Stresses (RS) are then obtained by imposing the ISD as a load in a FE model. The RS field has been measured on two nominally identical specimens in order to verify the method repeatability: consistent results were obtained. In the end, these measurements were compared with the outcome, from the same specimen, of other measurements methods (in particular Blind Hole Drilling): the results were in good agreement.
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