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[CASE STUDY] TOMOGRAFIA e ANALISI FEM SU PALA PER TURBINA AERONAUTICA

“Verifica a fatica su componenti con difetti realizzati in additive manufacturing”

Affidabilità a fatica
Nell’industria moderna le problematiche di affidabilità su componenti meccanici ricoprono un ruolo importante: la tomografia accoppiata ad analisi strutturali FEM può permettere di eseguire valutazioni a fatica per migliorare i criteri di accettabilità su componenti realizzati in fusione o additive manufacturing.

Asotech e TEC Eurolab hanno unito le proprie competenze per creare un nuovo servizio che permette di individuare tramite tomografia difetti all’interno delle fusioni e di eseguire verifiche FEM a fatica della geometria rilevata; è inoltre possibile approfondire l’indagine inserendo test sperimentali di validazione ed ottimizzazione del componente.

Nell’ottica di validare i processi del servizio, si sono svolte attività di tomografia industriale e analisi strutturale FEM applicate a problemi di difettosità di pale aeronautiche realizzate in additive manufacturing.

FIGURA 1 – Procedura seguita per la verifica tomografia-FEM

Case Study
Partendo da geometrie CAD prestabilite, si sono realizzati campioni di turbina aeronautica in additive manufacturing in alluminio AlSi10Mg contenenti difetti tipici della tecnologia: porosità da gas e mancata fusione.

Asotech, grazie all’utilizzo di Ansys Workbench ha sviluppato simulazioni FEM a fatica sulla pala aeronautica riproducendo un ciclo di funzionamento all’interno del motore. Scopo dell’attività era la stima della vita a fatica in seguito alla presenza di difetti tipici della tecnologia additive manufacturing.

FIGURA 2 – Geometrie testate di pala aeronautica con difetti

I software 3D hanno permesso di importare in ambiente ANSYS il file STL generato dalla tomografia contenente i difetti sulle pale aeronautiche. Le analisi hanno stimato una vita a fatica dei componenti con uno scarto del 5% sui test sperimentali eseguiti in seguito da TEC Eurolab.

L’indagine ha anche permesso di escludere una potenziale rottura del componente in corrispondenza del difetto, indicando un raggio di raccordo come il punto più critico. L’utilizzo degli STL ha consentito da una parte una migliore correlazione dei dati tra virtuale e realtà sperimentale, dall’altra la correzione della stima della vita a fatica con valori mediamente inferiori del 30% a quelli di una geometria esente da difetti.

FIGURA 3 – Risultato tomografia

Vantaggi
La collaborazione sviluppata tra Asotech e TEC Eurolab in ambito testing e simulazione assicura un nuovo e più approfondito approccio al tema dell’affidabilità di componenti.

Con la tomografia si possono individuare le difettosità dei componenti realizzati con fusioni o in additive manufacturing; questa tecnologia, se accoppiata a software di verifica strutturale, offre una miglior comprensione del funzionamento di componenti reali e una più precisa stima della vita utile dei componenti: il nuovo approccio supera gli attuali controlli di qualità ed assicura migliori criteri di accettabilità.

Con questa metodologia di indagine è inoltre possibile intervenire con modifiche strutturali e di progettazione per il miglioramento dell’affidabilità dei componenti.

FIGURA 4 – Coefficiente di sicurezza da analisi FEM

FIGURA 5 – Coefficiente di sicurezza da analisi FEM – dettaglio

Questo case study è stato presentato all’interno dell’RM FORUM in collaborazione con TEC-EUROLABhttp://www.asotech.com/4635/

Software utilizzati: Ansys Workbench

“La sinergia tecnica tra le due aziende ha permesso di raggiungere il risultato cercato: la simulazione FEM del componente reale. La collaborazione con il team Asotech è stata molto proficua, ricca di scambi di idee e suggerimenti fino alla validazione conclusiva della procedura utilizzata. Siamo lieti di poter contare su Asotech come partner strategico per offrire tale servizio al mercato”
(Fabio Esposito – Project Manager Industrial CT Dept.)