Tensioni nell'inserto, coppia torcente

PierArg ha detto:

Ciao Meccanicamg, nel post iniziale di Fulvio c'è scritto che l'inserto trasferisce all'albero una coppia torcente.
Quindi io nella figura vedo una rotazione della ghiera da sinistra verso destra in senso antiorario

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direi che ai fini del calcolo non cambia niente

Ciao Caccia, sì lo so. Era giusto per capire se avevo capito bene (scusa il giro di parole)

PierArg ha detto:

Ciao Meccanicamg, nel post iniziale di Fulvio c'è scritto che l'inserto trasferisce all'albero una coppia torcente.
Quindi io nella figura vedo una rotazione della ghiera da sinistra verso destra in senso antiorario

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Hai ragione.... sarà che io sono abituato che son sempre gli alberi che comandano e le ghiere a subire.... comunque il comportamento è simmetrico.....da una parte si stacca e dall'altra comprime. Se inverte....va studiato comunque universale.

meccanicamg ha detto:

Ecco qui abbiamo le formule per la torsione della tua sezione....esiste solo la formulazione maschio.

Visualizza allegato 56833
Ed ecco qui la legenda dei termini
Visualizza allegato 56834

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Ma porca miseria, alla femmina in letteratura nessuno ha mai pensato? Questo è maschilismo becero.

Che schema vincolare applicheresti se volessi fare un FEM?

Contatti tra le due superfici. E poi vai a valutare le pressioni superficiali sulle superfici di contatto.
Tra l'altro io farei un'analisi non lineare perché non vorrei che le plasticizzazioni mi sballassero la soluzione

PierArg ha detto:

Contatti tra le due superfici. E poi vai a valutare le pressioni superficiali sulle superfici di contatto.
Tra l'altro io farei un'analisi non lineare perché non vorrei che le plasticizzazioni mi sballassero la soluzione

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Eddai...e già fare un FEM di una cosa che non so come calcolare a mano è contro la mia religione, mo' ci metti pure il modello di contatto e le plasticizzazioni locali?
Devo dimensionare un pezzo, non andare alla Lottomatica.

Piuttosto incastro la faccia di sotto ed applico due forze negli spigoli contrapposti tali che la loro coppia sia quella applicata all'albero. Che per inciso è di 32kNm, quindi neanche una cosa le cui dimensioni ce le ho sulla punta delle dita...

Fulvio Romano ha detto:

Ma porca miseria, alla femmina in letteratura nessuno ha mai pensato? Questo è maschilismo becero.

Che schema vincolare applicheresti se volessi fare un FEM?

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Di principio valuterei la torsione pura dell'area semianulare con una forza applicata su metà altezza della parte piana.
Altro studio potrebbe essere applicando una forza concentrata nello spigolo.
Possibilmente analisi non lineare con comportamento elastoplastico.

Inoltre se vogliamo effettuare una seconda verifica, oltre alla torsione, possiamo verificare la pressione specifica tra albero e mozzo.

Pensiamo che l'area di contatto sia data da due mezze aree date da lunghezza accoppiamento per metà lunghezza corda.

Quindi mettendo in po'tutto in excel, usando le formule dei miei post precedenti, credo che si possa avere per un albero in C45 Bonificato e un mozzo in ottone CuZn39Pb3 quanto segue:

Giusto per togliersi la curiosità andiamo a prendere il nostro giocattolo e dividiamo le facce interne della sagoma in modo da poter applicare le due forze che generano la coppia.
Attualmente la flangia a cappello è diametro 300mm spessore 20mm.


Stiamo lavorando con una mesh solida del secondo ordine con dimensione non superiore a 8 mm.
Facciamo un tentativo con studio lineare.

Valutazione sforzo di Von Mises in MPa....


I valori sono ben più alti di quelli calcolati a mano, quindi c'è da capire se è il comportamento non lineare da dover analizzare o cosa perchè abbiamo un ordine di grandezza in più che balla.

Allora rifacciamo l'analisi non lineare e vediamo Von Mises...che questa volta spalma molto sulla superficie anche se i valori sono sempre uguali alti ma più diffusi. Mediamente abbiamo un valore molto prossimo al valore di snervamento che è 150MPa.

In effetti, valutando il grafico della plasticizzazione, abbiamo che le zone più sensibili sono gli spigoli tra la zona piatta e quella curva, come ci si aspettava.

Andrebbe approfondito il discorso mettendo dei raggi e non lasciando gli spigoli vivi, nonchè infittire la mesh per analizzare meglio il comportamento.


Azioni di correzione modello:
- Cappello flangia spessore doppio
- raggio tra cappello flangia e corpo R5 mm
- raggi interni tra la zona piatta a quella raggiata R5 mm
- mesh solida del secondo ordine autoadattativa a seconda della geometria con intensificazione fine

Quindi le dimensioni che ho messo io sono le minime da poter usare per trasmettere la coppia in gioco.
Quindi, se usi fattore di sicurezza 3 ti garantisci maggiore margine e quindi dovrai salire di dimensione rispetto a quelle indicate da me.

Chiaramente è uno studio fatto con velocità e quindi dovrebbe essere studiato ancora più nel dettaglio. Comunque abbiamo un termine di paragone oltre alla teoria.

meccanicamg ha detto:

Andrebbe approfondito il discorso mettendo dei raggi e non lasciando gli spigoli vivi, nonchè infittire la mesh per analizzare meglio il comportamento.

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Era quello che dicevo qualche post addietro,con geometrie simili abbiamo criccato non pochi particolari dove lavoravo prima (ci siamo accorti che il corpo tende a scavare proprio nel punto in cui è piu sensibile alle tensioni). Difatto abbiamo risolto smussando e raccordando (come per i centraggi),la cosa è andata scomparendo (o almeno.... i clienti non hanno piu lamentato problematiche)

Meccanicamg, grazie mille. Ora sono in difficoltà, guardo con calma i tuoi conti e poi li confronto con il mio FEM che posterò appena riesco.

Per completezza, è un componente marino, quindi C45 neanche a parlarne.
L'albero sarà in acciaio duplex. Già da qualche giorno avevo rinunciato all'ottone, la flangia sarà in NiBrAl.

Avevo tentato un fem, ma con vincoli completamente diversi. Avevo incastrato l'anello inferiore (segnato in rosso), sullo spigolo, non sulla faccia. Quando tratto torsione cerco di evitare il più possibile di vincolare le superfici perché un'eventuale funzione di ingobbamento abbia la possibilità di esprimersi.

Applicate due forze da 396270N nei due spigoli, ortogonali alla congiungente i due spigoli.

Lo spigolo è stato raggiato R10. La geometria non è esattamente quella finale, perché in realtà avremo una gola di scarico, ma comunque R10.

Distanza tra le facce parallele 65mm, diametro degli archi 80mm diametro esterno sede 110mm ; diametro esterno inferiore 155mm, Altezza complessiva 70mm, altezza flangia cappello 44mm

Sotto le simulazioni (lineare). La tensione massima è 275MPa, ma ritengo sia la tensione emergente per via della forza applicata al raccordo.
Come si entra all'interno del materiale la tensione scende a 160MPa. Per me è questa la tensione di calcolo. Giusto?

Il comportamento, sebbene lineare è in prima approssimazione corretto. Hai un valore di forza diverso dal mio, un po' per la geometria non uguale in dimensione e un po' per via dell'applicazione a braccio più grande. Credo comunque, visto che è leggermente più piccolo il tuo bussolotto del mio, che le tensioni non siano "giuste", o meglio....dovrebbe darti valori più alti.
Giusto per onor di cronaca, i FEM fatti con Solidwrks symulation li sto abbandonando perchè ho visto che non sono esattamente affidabili con il confronto pratico su strutture caricata e misurata con comparatore. Vedo che è un po' più affidabile FreeCAD.

Se vuoi provare sul mio modello ti allego lo STEP.

Giusto per informazione...NiBrAl sono le leghe a base di Bronzo con aggiunta di Nichel e Alluminio...., con caratteristiche meccaniche e antiossidanti di eccellenza.

L'albero in acciaio duplex, cioè acciao inossidabili bifasico austeno-ferritico sicuramente sarà pari o più robusto di un C45.

Nonostante siano due materiali da ambiente speciale marino non sono cioccolato.

meccanicamg ha detto:

Giusto per informazione...NiBrAl sono le leghe a base di Bronzo con aggiunta di Nichel e Alluminio...., con caratteristiche meccaniche e antiossidanti di eccellenza.

L'albero in acciaio duplex, cioè acciao inossidabili bifasico austeno-ferritico sicuramente sarà pari o più robusto di un C45.

Nonostante siano due materiali da ambiente speciale marino non sono cioccolato.

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Scusa, non ho capito se è una domanda o un'affermazione, e nel primo caso non ho capito la domanda.

In ambiente marino gli acciai sono tre. AISI304 se al chiuso, AISI316 se all'aperto e Duplex se è strutturale. Alternative ci sono, ma le usiamo quando già siamo oltre la disperazione.

L'inserto funge anche da sacrificale (il prodotto finito lavora fino a 8 tonnellate, ma può prendere sberle superiori a 20 tonnellate. Deve rompersi, ma non perdere la funzionalità), e se si...sacrifica deve restare smontabile senza grosse difficoltà e senza danneggiare l'albero. Quindi acciaio su acciaio è escluso.

Fulvio Romano ha detto:

Scusa, non ho capito se è una domanda o un'affermazione, e nel primo caso non ho capito la domanda.

In ambiente marino gli acciai sono tre. AISI304 se al chiuso, AISI316 se all'aperto e Duplex se è strutturale. Alternative ci sono, ma le usiamo quando già siamo oltre la disperazione.

L'inserto funge anche da sacrificale (il prodotto finito lavora fino a 8 tonnellate, ma può prendere sberle superiori a 20 tonnellate. Deve rompersi, ma non perdere la funzionalità), e se si...sacrifica deve restare smontabile senza grosse difficoltà e senza danneggiare l'albero. Quindi acciaio su acciaio è escluso.

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Non era una domanda ma una precisazione per i lettori, perché chi non è abituato e legge NiBrAl non sa se è una malattia o una marca di analgesici ?.
Inoltre approvavo il loro uso perché con buone caratteristiche meccaniche e quindi confrontabili con i materiali che ho usato io nei calcoli, almeno come rottura e snervamento.... ovviamente non come ossidazione.