Dalla sperimentazione meccanica in laboratorio al "virtual testing"
L'esperienza del gruppo di Costruzione di Macchine dell'Università di Salerno che, negli ultimi dieci anni, ha sviluppato specifiche competenze per la simulazione in ambito vibroacustica, attuata attraverso collaborazioni con aziende leader quali FCA e il Centro Italiano per le Ricerche Aerospaziali
Ivelivoli diventano sempre più efficienti, affidabili e sicuri, ma anche più complessi e la loro modellazione richiede una conoscenza approfondita delle prestazioni di ogni singolo componente. Nonostante gli ingegneri possano prevedere il comportamento di ogni sottosistema attraverso i test sperimentali, questi ultimi stanno diventando improponibili nel contesto odierno a causa del loro costo, anche perché la gestione della complessità richiede un numero via via più elevato di prove in un campo operativo sempre più ampio. Lo sviluppo del virtual testing ha aiutato l'azienda a ridurre i tempi e i costi di sviluppo, consentendole nel contempo di ridurre i rischi legati al fare innovazione di prodotto molto spinta su prodotti complessi. In questo tentativo di trasferire quanto più possibile lo sforzo sperimentale verso le simulazioni numeriche si inquadra l'attività di ricerca del gruppo di Costruzione di Macchine del Dipartimento di Ingegneria Industriale dell'Università degli Studi di Salerno (DIIn). Il DIIn è impegnato da lungo tempo in tematiche concernenti la progettazione meccanica, la vibroacustica, il comportamento dei materiali e la risposta delle strutture a carichi statici e affaticanti, con particolare riguardo alla caratterizzazione meccanica, all'instabilità strutturale, al danneggiamento e alla frattura. L'impegno e la qualificazione raggiunta sono comprovate dalla partecipazione a ricerche europee e a convenzioni e collaborazioni con l'industria.
Per quanto attiene la sperimentazione di laboratorio, essa riguarda provini e strutture soggette a condizioni di carico monoassiale e multiassiale. Il gruppo, in aggiunta a macchine standard, dispone infatti di una attrezzatura di prova multiassiale di tipo prototipale, progettata nell'ambito del progetto cofinanziato POR Campania 20002006 - Centro Regionale di Competenza“Nuove Tecnologie”. L'attività sperimentale e di modellazione di giunti incollati è culminata con la progettazione di un dispositivo per le prove di resistenza alla frattura in modo III su ingiunzioni incollate, cui fa seguito la realizzazione del relativo brevetto (Attestato di brevetto italiano N.0001411873 del 07.11.2014). Le competenze del gruppo si estrinsecano attraverso la capacità di ricostruire i legami costitutivi dell'interfaccia incollata (leggi coesive) e conseguente loro implementazione in codici di calcolo commerciali. Queste esperienze consentono la trattazione di riparazioni mediante incollaggio di strutture sia metalliche, sia in composito. In tale campo di ricerca il gruppo ha ricevuto un finanziamento dal MIUR tramite il programma PRIN2007 (Progetto di Ricerca di Interesse Nazionale).
Oltre a una vasta esperienza nell'ambito dello studio del comportamento di materiali metallici, il gruppo di Costruzione di Macchine vanta ricerche nel settore dei materiali compositi, con la partecipazione a progetti nazionali e internazionali tra i quali si annovera EU FP6 ITOOL, nel quale si è svolta una estensiva attività di modellazione agli elementi finiti (FEM) di compositi ad uso strutturale aeronautico con fibre intrecciate. Nello specifico, sono state usate tecniche di
omogeneizzazione e multiscala per modellare le proprietà meccaniche, compreso il processo di rottura, sia del materiale che delle strutture nella loro globalità. L'attività di simulazione numerica riguarda principalmente la modellazione del comportamento del materiale, analizzando aspetti quali: failure, danneggiamento, frattura, creep, buckling. In aggiunta, negli ultimi 10 anni si è sviluppata una specifica competenza per la simulazione in ambito vibroacustica, attuata attraverso collaborazioni con aziende leader quali Fiat Chrysler Automobile (FCA) e il Centro Italiano per le Ricerche Aerospaziali (CIRA). Con quest'ultimo il gruppo sta partecipando al progetto europeo CASTLE per la riduzione di vibrazioni e rumore in cabina di aeromobile. I risultati ottenuti dai vari ambiti di ricerca sono riscontrabili nella cospicua produzione pubblicistica in riviste internazionali specializzate. Nel 2011, membri del gruppo hanno ricevuto dall'associazione nazionale di settore il premio AIAS, quale miglior contributo scientifico inerente l'Analisi delle Sollecitazioni, per la caratterizzazione numerico sperimentale di pannelli aeronautici caricati nel piano e soggetti al fenomeno dell'instabilità. Il gruppo ha anche partecipato al progetto PON a3_00007 NAFASSYper la simulazione agli elementi finiti delle sollecitazioni magnetomeccaniche in dispositivi superconduttori. In tale ambito si segnala anche la collaborazione con il Max Planck Institute di Greiswald in Germania, impegnato nello sviluppo di un esperimento di fusione nucleare denominato“Stellarator”: l'effetto danneggiante di cricche rilevate nello scudo termico del“vessel” è stato analizzato dal gruppo di Costruzione di Macchine di Salerno attraverso simulazioni e test sperimentali. Ulteriormente, nell'ambito dei processi di pressatura di polveri metalliche per la realizzazione di pezzi sinterizzati, il gruppo di ricerca ha sviluppato un modello di materiale che ha implementato in un codice FEM.
Le simulazioni numeriche del processo di carico e scarico permettono, infatti, di ottenere informazioni utili per una corretta progettazione degli stampi, attraverso la valutazione del comportamento del manufatto e le azioni della polvere sulle pareti della matrice. Per quanto attiene il trasferimento tecnologico verso aziende del territorio e internazionali, il gruppo di ricerca ha svolto negli ultimi anni attività di supporto e consulenza sia a carattere sperimentale che numerico, con l'ausilio di codici FEM e BEM. In particolare si annoverano gli studi su sedili per il trasporto passeggeri. Essi, infatti, devono assolvere a diversi compiti, che non si limitano alla sola accoglienza dei passeggeri e dunque al loro comfort di marcia, dovendo anche soddisfare i requisiti di sicurezza passiva per urti da impatto.
Da segnalare infine la collaborazione scientifica su tematiche di fatica e meccanica della frattura applicate a turbine aeronautiche, con l'azienda aeronatica GE-Avio, stabilimento di Pomigliano D'Arco (NA); nello stesso ambito si sviluppa la collaborazione con il Federal Research Center“Kazan Scientific Center of Russian Academy of Sciences”.