sto lavorando insieme a dei miei colleghi su un progetto di una macchina che prevede l'utilizzo di un telaio (traliccio di tubi).
L'intento del progetto sarebbe quello di riuscire a diminuire la massa dello stesso, pur mantenedo una rigidezza confrontabile con l'attuale che è di acciaio.
La prima cosa che c'è venuta in mente è stato di realizzarlo in tubi di alluminio, il che dovrebbe garantire un notevole diminuzione della massa complessiva, con un modesto aumento della sezione trasversale dei tubi (momento d'inerzia ad esser precisi).
Volevo chiedere a chi magari ha più esperienza di me quali potrebbero essere gli effetti collaterali che potremmo riscontrare seguendo questa strada, contando che disponiamo dell'attrezzatura necessaria alla saldatura dell'alluminio (Tig, ecc).
Quello che ci preoccupa maggiormente è la scarsa duttilità dell'alluminio rispetto al classico acciaio e magari nelle zone nei pressi della saldatura...
In giro ho trovato qualche riferimento a dei trattamenti termici che posson esser fatti espressamente sull'alluminio e servono a migliorare la situazione dell'intorno delle zone saldate, ma di più non ho trovato, qualcuno sa qualcosa di più nello specifico per caso?
Ringrazio in anticipo chiunque voglia darci un supporto.
Professione: Contrattista CNR - Modellazione FEM, Simulazioni di Processo
Località: Campania
Software: ANSYS, PAM-RTM, SolidEdge
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ti stai preoccupando della
"...scarsa duttilità dell'alluminio rispetto al classico acciaio e magari nelle zone nei pressi della saldatura..."
dopo aver sostituito il materiale originario con una che ha un modulo elastico che è 1/3, mantenedo le sezioni pressochè invariate e volendo la stessa rigidità!?!!?!?!
Lascia stare le problematiche tecnologiche dell'allumionio e rivedetevi un attimo le vostre scelte...
Ps. dato che si parla di leghe metalliche è sempre corretto dare una fetente di designazione, di quale acciaio si parla? e di quale lega di alluminio??
1/3 di Y, ma anche 1/3 di massa...forse perciò viene quasi la stessa sollecitazione?
La prima idea che mi viene in mente è usare acciaio con una struttura più razionale. Non ho idea di che macchina stiamo parlando, ma il traliccio viene utilizzato solo in due casi:
- Dio solo sa durante la vita le sollecitazioni da che parte possono arrivare
- Motivi estetici che possono superare le problematiche strutturali e di sicurezza (vedi Ducati Monster :-) )
Se la macchina è abbastanza "pericolosa", fai attenzione che le saldature di alluminio vanno certificate in modo diverso da quelle di acciaio. Vado a memoria, ma mi pare che le prime vanno tutte radiografate, le seconde possono essere verificate a campione. Naturalmente dipende dal campo di applicazione
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Non importa che tu creda o meno di poterci riuscire...avrai ragione in ogni caso!
Come faceva notare anche Fulvio Il rapporto tra i moduli elastici è circa 1/3 così come quello delle relative densità...
La massa varia proporzionalmente al rapporto delle densità ed inversamente alla radice di quello dei moduli elastici (ragionando a parità di rigidezza: si vede subito con due formuline).
Facendo due conti si vede che il rapporto delle masse m=1/3*sqrt(3)=0,58; un notevole alleggerimento a parità di rigidezza...
Per quanto riguarda "l'aumento di diametro" c'è un legame che va con la radice quarta dell'inverso del rapporto tra i moduli elastici... D=3^(1/4)=1,32.
Quindi basta un aumento di un 33% delle dimensioni trasversali per ottenere un bel vantaggio...
Detto questo non posso risponderti sulle questioni che poni sul materiale, visto che dobbiamo ancora valutare nello specifico.
@Fulvio Romano
Quando dicevo macchina intendevo proprio una macchina ossia un piccolo veicolo stile Formula SAE. Non ci dovrebbero essere problemi di certificazione. Il fatto è che per come è concepito il regolamento, costruire un traliccio in tubi è molto più semplice, tutto qui.
La massa varia proporzionalmente al rapporto delle densità ed inversamente alla radice di quello dei moduli elastici (ragionando a parità di rigidezza: si vede subito con due formuline).
Facendo due conti si vede che il rapporto delle masse m=1/3*sqrt(3)=0,58; un notevole alleggerimento a parità di rigidezza...
Per quanto riguarda "l'aumento di diametro" c'è un legame che va con la radice quarta dell'inverso del rapporto tra i moduli elastici... D=3^(1/4)=1,32.
Quindi basta un aumento di un 33% delle dimensioni trasversali per ottenere un bel vantaggio...
Nelle strutture reticolari (il telaio a traliccio e' assimilabile) gli elementi sono soggetti a sforzi che sono in gran parte di trazione o compressione. Il momento flettente o torcente e' nullo in teoria, trascurabile in pratica.
Detto questo, per avere la stessa rigidezza fra alluminio ed acciaio, dovrai usare una quantita' di alluminio tre volte superiore a quelle dell'acciaio, vanificando il vantaggio in leggerezza, sobbarcandoti inoltre i problemi dell'alluminio: difficolta' di saldatura e assenza di limite di fatica in primis.
Discorso diverso per le strutture scatolate, dove effettivamente il vantaggio del momento d'inerzia della sezione si fa sentire e rende convenienti le leghe leggere (anche con l'acciaio si potrebbero fare strutture scatolate, ma per avere lo stesso peso della lega leggera si dovrebbe scendere a livelli di spessore tali da rendere difficile la saldatura e poco resistenti all'ammaccatura).
Io ti consiglierei, se il regolamento lo permette, di fare il telaio di tubolari di acciaio e mettere parecchi fazzoletti di rinforzo per chiudere le isole fra i tubolari.
Che materiale... (Alluminio, acciaio...)
Modalità lineare
