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Sometimes, structural components are subjected to service conditions that have not taken into account at the design stage. If it is assumed that an initial flaw exists, according to damage tolerance philosophy the analysis of such components needs to be corroborated by accurate Stress Intensity Factor (SIF) solutions, in order to determine both the crack propagation life and the appropriate inspection intervals. In this study, the effects of the boundary conditions on both the SIF and the crack propagation life have been evaluated for a surface crack existing at the root of a shoulder fillet notch in a round bar under bending. The SIF distribution along the crack front has been calculated for the component object of the study by using the Virtual Crack Closure Technique, whereas a two parameters propagation law has been employed to evaluate the evolution of the crack shape. The results show that, under the same loading conditions, the way the component is constrained strongly influences the fatigue crack growth, due to additional SIF fluctations that might contribute to the crack growth and, in turn, affecting both the number of cycles to failure and the frequency of the inspection intervals.

Il perfezionamento delle tecnologie produttive dei materiali compositi ad alto contenuto volumetrico di fibre come la pultrusione, sia in vetro che in carbonio, ha reso questi materiali competitivi con i materiali tradizionali anche in settori dove il risparmio in peso non è una priorità assoluta. In ambito più propriamente industriale o strutturale la diffusione di materiali compositi è spesso ostacolata dalla necessità di studiare e adottare accorgimenti particolari per le giunzioni ibride con parti metalliche. In questo lavoro è stata studiata la resistenza di una giunzione mediante perno di un profilato pultruso in composito a fibra di carbonio. Una verifica al rifollamento è stata condotta secondo normativa mentre l’uso di boccole speciali metalliche per migliorare l’efficienza della giunzione è stato validato mediante la tecnica di misura delle deformazioni a distanza con correlazione d’immagine.

Nella presente memoria si riportano i risultati dell’attività di ottimizzazione strutturale dei principali componenti di un espansore per la produzione di scatole metalliche per uso alimentare del tipo open top cans. Le condizioni operative analizzate sono quelle definite dal processo di sagomatura della lamiera di partenza, fino al raggiungimento della forma finale del manufatto, e dal relativo assemblaggio con saldatura. Innanzitutto è stato necessario effettuare la caratterizzazione meccanica del materiale delle lamiere. A valle della progettazione, è stato realizzato un prototipo dell'espansore con il quale sono state prodotte delle scatole per verificarne la qualità, in termini di tolleranza geometrica del prodotto finito e di presenza di eventuali cedimenti locali nella zona termicamente alterata del cordone di saldatura. La fase conclusiva dell'attività ha riguardato prove di compressione assiale sulle stesse scatole, al fine di studiare le condizioni che potrebbero farle collassare per buckling durante il loro impilaggio.

La stabilità laterale del binario dipende da tutti gli elementi che lo compongono: le rotaie, i sistemi d'attacco, le traverse, il letto di ballast e la sottostruttura. Tra essi, il ballast è non solo l’elemento più debole, ma anche quello per il quale, a causa della sua natura eterogenea, spesso si ricorre, per descriverne il comportamento, a dati ottenuti sperimentalmente in linea, piuttosto che affidarsi a formulazioni analitiche. Allo stato attuale, tuttavia, i diversi studi condotti non coprono tutti i possibili scenari. Con lo scopo di contribuire alla costruzione di un database dei valori della resistenza laterale offerta dal ballast, è stata realizzata, in collaborazione con Italcertifer ed RFI, una campagna prove full-scale in linea su un numero ridotto, ma significativo, di tronchi di binario. Per farlo, è stato progettato e realizzato un impianto di prova in grado di applicare in modo realistico il carico di prova. Nel lavoro vengono descritti la realizzazione del campo prove, le caratteristiche costruttive ed operative di detto impianto, i vantaggi offerti da tale sistema rispetto ad altri riportati in letteratura e l’esecuzione di alcune significative prove su simulacri di scenari reali.

The analysis of the formation of a crack in a structure impacting a body of given shape, stiffness and strength is very useful for studying the safety measures able to prevent the recurrence of the event. Numerical simulation of the phenomenon is very hard, due to the difficulties related to the role played by the time, the constraints, the geometry and the direction of relative motion of the two impacting bodies on the extent of the impact damage and on its evolution with time, in respect to that of the material having the utmost importance. The problem of the impact between two bodies having very different stiffness and shape, similar respectively to those of a tank wagon and a fixed prismatic deformable obstacle, has been faced. The achieved results significantly highlight the influence of the different parameters adopted in the study on both the tank wall punctuation phenomenon and the path followed by the crack in the wall.

In the present paper the results of a re-design activity carried out to optimize the crashworthiness properties of an automotive recliner are reported. It is well known, indeed, that the recliner has a central role in determining the passive safety level of the passenger in case of rear impact. For this reason, during the development phase of a new type of recliner it is has been necessary to study also an integrated experimental-numerical methodology to analyze its impact behaviour. Although the preliminary numerical results were satisfying in terms of recliner stiffness and strength, the first full scale tests of rear impact carried out by a sled have pointed out some anomalous behaviours able to degrade the recliner structural performances. To investigate on the causes of the failures, a special strategy of virtual experimentation by means of finite element method has been adopted. The dynamic analysis were performed using an explicit finite element code that incrementally solves the dynamic equilibrium equations by the central difference method and allows to handle, in a robust manner, all the numerical problems associated with geometrical and material non-linearities typical of crash simulations. Numerical results have allowed to identify the causes of the anomalous failures observed during preliminary testing and to define some guidelines for the redesigning of the recliner.

Several studies have been carried out until now by various Research Agencies and Railway Administrations to quantify the effects of the track-bed geometrical characteristics on the transverse strength of the track. Unfortunately, not all the possible scenarios in terms of track components, track-bed cross profile, operating conditions etc. have been investigated and not all the relevant variables have been directly measured. Therefore data available from the literature have different degrees of reliability. With the aim of completing the knowledge on the track stability and covering the totality of the possible relevant scenarios, an experimental research program is being developed in the framework of a cooperation between RFI, Italcertifer and DiME. In order to perform the investigation under quite general conditions and to reduce the experimentation costs, n. 26 significant scenarios have been identified and reproduced on as many independent track segments. By applying on each track segment a transversal load, the strength of the ballast-sleeper interface has been determined. The results relative to the first eight scenarios are presented by means of lateral track displacement vs. applied load diagrams and more synthetic numerical tables.

This paper investigates the dynamic response of the joints of energy absorbers used in rail vehicles. These energy absorbers are designed to deform in a controlled manner in the event of a collisions thereby absorbing some of the impact energy that would otherwise be transferred to the main structure and passengers. The functional requirements of these devices are particularly stringent in terms of their reliability and functionality throughout the life of the vehicle. In this work the merits of a welded and a bolted energy absorber design are investigated, the latter offering the advantage of ease of through life maintenance and replacement, ensuring that defects such as general corrosion or cracks that could have affected their performance are easily identified and replacements made. FEA modelling to simulate the dynamic response of welded and bolted joints has been carried out using the LS-DYNA code. For the welded joints the influence of welding defects such as lack of fusion, weld under matching, and weld cracking on the performance of the energy absorbers has been investigated. The numerical model, validated on the basis of results from impact tests, was subsequently used to investigate the behavior of the absorption system in collision scenarios as prescribed by EN 15227:2008.

Si propone una procedura di analisi dei dati sperimentali di crack propagation, alternativa a quella proposta dalla normativa corrente, che consente di interpretare in modo continuo il fenomeno anche nel caso si disponga di un ridoto numero di dati e per una frazione di vita dell???articolo di prova. Partendo dall???analisi dei risultati di prove di caratterizzazione con provini C(T) di un acciaio tipizzato per ruote ferroviarie, si è giunti alla formulazione di un???espressione analitica che descrive l???intero campo di propagazione interpolando in maniera ottimale i dati disponibili. Col modello costruito, sono state calcolate le velocità di propagazione e diagrammate in funzione del campo di variazione del SIF, per stabilire un confronto con gli analoghi grafici costruiti con la procedura suggerita dalle norme ASTM 647-95a. Inoltre, con lo stesso modello, sono stati processati altri dati di letteratura per verificarne la generalità di impiego.

The simple circular notched specimen was originally proposed by Arcan to characterize the elastic properties of fiber-reinforced composites. Unfortunately, its optimized geometry does not allow to measure with reasonable accuracy both the material shear strength and the conditions of failure under a generic biaxial stress state, since the effects of stress concentration on the fillets of the two V-grooves and on the inner circular edges are responsible of premature fractures due to the uniaxial stress states of the notches edges. To improve the performance of this kind of specimen, an extensive FEM analysis has been carried out by a two-dimensional parameterized model, in order to identify those geometries that make possible the fracture to occur in the minimum strength section under the action of a uniform pure shear stress state. Furthermore, the parametric analysis has been extended to the 3D field to define alternative geometries, having variable thickness, that are able to produce with an higher probability material fracture in the minimum strength section.

Il brevetto propone una nuova soluzione per l'assorbitore di energia d'impatto per veicoli ferroviari. Esso consta essenzialmente di due piastre contrapposte separate dai tubi, ai quali viene affidato il compito di assorbire l'energia, per cedimento a soffietto in campo elasto-plastico, durante l'impatto frontale di due treni o di un treno contro l'ostacolo, e da un sistema antirotazione che impedisce alla piastra anteriore di ruotare rispetto a quella di base, posteriore, quando la direzione della forza impattante è eccentrica rispetto all'asse dell'assorbitore, qualunque sia il valore dell'eccentricità. Di qui la qualifica di universale riservata all'assorbitore proposto. Questo requisito di conservazione del parallelismo tra le piastre durante il collasso dei tubi è fondamentale per garantire la regolare deformazione assialsimetrica di tutti i tubi e, quindi, l'assorbimento di tutta l'energia per la quale l'assorbitore viene dimensionato. Le rotazioni delle piastre, infatti, comportano una rotazione dei tubi che ne riduce la deformabilità assiale per instabilità a soffietto e, quindi, la capacità di assorbire energia di deformazione. Inoltre, i tubi assorbitori di energia sono distribuiti in settori contigui coassiali aventi ciascuno una rigidezza allo schiacciamento diversa da quella degli altri settori, per una progressione programmata della loro deformazione e, quindi, dell'assorbimento dell'energia durante la collisione. IL tutto, poi, può essere prodotto con profilati e piastre commerciali, che consentono di realizzare, in uno con la semplicità della struttura, una significativa economia di progettazione, di fabbricazione e di impiego di un assorbitore siffatto.

Il brevetto propone un sistema meccanico che consente di effettuare prove statiche o di fatica su strutture aventi una superficie piana, di rigidezza non necessariamente uniforma, da caricare in più punti, utilizzando una macchina di prova dotata di un solo attuatore. Esso consiste in una attrezzatura, interposta tra l’attuatore della macchina di prova e l’articolo di prova, sulla quale sono montati dispositivi di rigidezza regolabile, che, tramite un’interfaccia dotata di cella di carico, sono collegati all’articolo di prova in punti prestabiliti. Il carico applicato all’attrezzatura viene ripartito dai dispositivi tra tutti i punti di carico della struttura da provare. L’intensità dei singoli carichi, di trazione o di compressione, applicati localmente sulla superficie dell’articolo di prova, viene regolata una tantum all’inizio della prova modificando la rigidezza a trazione o a compressione del dispositivo interessato.

This paper reports on the design and analysis of two types of lightweight energy absorber for a rail vehicle driver’s cab. The structural crashworthiness requirements for railway vehicles are briefly reviewed, and the design concepts for the two absorbers are described. LS-DYNA was used to simulate the crush performance of the lightweight energy absorbers. It is demonstrated that the two lightweight designs provide a similar overall collapse response to conventional rail vehicle energy absorbers whilst providing a weight saving of up to half a tonne per cab.

In this work we present a non-destructive technique to detect the magnetization changes due to mechanical stress produced in steel notched plates under tensile loads. The measurements have been carried out using, separately, a magnetic field probe based on HTS dc SQUID and a fluxgate gradiometer probe. The aim of this work is to demonstrate that it is possible to localize the dislocation density change in the samples and to correlate it with the change of magnetization using a contact-less and non-invasive technique.

Il brevetto propone una nuova tipologia di carro ferroviario per il trasporto merci senza rottura di carico. Esso consta essenzialmente di un telaio per carro adibito a trasporto su ferro, che presenta uno dei due longheroni con una soluzione di continuità in prossimità di entrambi i tratti terminali impegnati con i carrelli. Queste discontinuità permettono di rendere amovibile il tratto di longherone tra esse compreso, al quale è solidale il pianale del carro. Un sistema di guide rende possibile e stabile l’operazione di estrazione e di reinserimento dell’insieme, tratto di longherone-pianale, a guisa di un cassetto di una cassettiera che si apre e si chiude in modo guidato. Un sistema di chiusura e di apertura idraulico automatico consente di collegare o scollegare la parte mobile del longherone a quella fissa, per le operazioni di carico e scarico del carro. Queste operazioni sono rese possibili da due pedane mobili poste alle due estremità del pianale e posizionate con attuatori idraulici, quando il “cassetto” è completamente estratto, in modo da creare due scivoli tra lo stesso pianale e il piano stradale, per consentire ad un automezzo di salire sul pianale, per un estremo, depositarvi il semirimorchio e allontanarsi dal carro scendendo dal pianale, per l’estremo opposto. Dopo l’operazione di caricamento, la parte mobile del carro viene rimessa in posizione di marcia, ancorata alla restante struttura del telaio. Parte mobile che non si separa mai completamente da quella restante, come un marsupio dal corpo di un CANGURO.

Si prende in esame il problema della caratterizzazione a fatica dei materiali mediante campioni di dati poco numerosi. Se ne prospetta una soluzione che impiega la metodologia bayesiana. Per la vasta famiglia degli acciai al carbonio, laminati a caldo o bonificati che siano, utilizzando dati di letteratura ed alcune consolidate correlazioni tra proprietà di fatica e resistenza statica, è definita una funzione di densità di probabilità a priori in grado di condensare gran parte delle informazioni disponibili. Queste ultime, in uno con quelle fornite dalla sperimentazione diretta, da esaminare mediante il teorema di Bayes, permettono di identificare con grande accuratezza la resistenza a fatica del particolare acciaio provato. L’efficacia del metodo proposto è verificata con una sperimentazione virtuale su un ipotetico acciaio condotta con il metodo Montecarlo.

Si riportano i risultati di uno studio pseudo-sperimentale condotto con il metodo Montecarlo al fine di quantificare gli effetti prodotti dall’inclusione dell’informazione a priori in un procedimento inferenziale bayesiano per la definizione delle curve P-S-N e della design curve di un dato acciaio. Le ipotesi di partenza della procedura di analisi dei dati sono quelle classiche, generalmente valide per gli acciai e per le altre leghe strutturali; esse permettono di definire il legame carichi-durate tramite il modello lineare normale con varianza uniforme. Le informazioni a priori sono invece dedotte da dati di letteratura e tradotte in funzioni di densità a priori ricorrendo ad un metodo precedentemente proposto dagli stessi Autori. Le simulazioni numeriche ben evidenziano i vantaggi offerti, in termini di precisione delle stime e di oneri di sperimentazione, dal metodo di analisi bayesiano proposto rispetto a quello frequentista.