prove di fatica

Le prove di fatica sono prove distruttive fondamentali per valutare la capacità di un materiale di resistere a sollecitazioni dinamiche ripetute nel tempo. Questi test consentono di studiare il comportamento dei materiali sottoposti a cicli di carico oscillanti, simulando condizioni operative reali. La loro importanza è cruciale per settori come l’aerospaziale, l’automotive e il biomedicale, dove la sicurezza e l’affidabilità dei componenti sono essenziali. Attraverso le analisi a fatica, si possono ottenere informazioni chiave sulla durata del materiale, identificando i limiti oltre i quali il materiale stesso potrebbe cedere, con l’obiettivo di prevenire guasti in esercizio.
Lo scopo delle prove di resistenza a fatica è determinare il comportamento e la durata del materiale in un certo stato di fornitura sottoposto a cicli di fatica impostati.
In base ai risultati sperimentali ottenuti è possibile ricostruire le curve di Wöhler o il diagramma di Goodman-Smith del materiale stesso, determinando, laddove esiste, il limite di fatica o determinando l’effetto del materiale sulla durata del componente in definite condizioni di carico.
La prova di fatica sui materiali viene eseguita quando si vuole caratterizzare il comportamento di un determinato materiale sottoposto a tensioni inferiori a quelle critiche, verificandone la vita utile sotto un profilo di carico definito, oscillante tra un valore massimo ed un valore minimo impostati.

Analisi a fatica di TEC Eurolab

Presso TEC Eurolab, ci occupiamo di prove di fatica sui materiali per supportare le aziende nella verifica della durata e dell’affidabilità dei loro componenti in condizioni di carico ciclico. Grazie a strumenti moderni come vibrofori, macchine servoidrauliche e attuatori elettromeccanici, possiamo eseguire test su una vasta gamma di materiali, dai metalli ai compositi, fino ai polimeri rigidi.
Il nostro approccio si basa sull’impiego di tecnologie avanzate, know-how tecnico qualificato e una lunga esperienza maturata in diversi settori industriali, come aerospaziale, automotive e biomedicale.

In TEC Eurolab possiamo eseguire i seguenti test di fatica, da temperatura ambiente fino a 1000°C:

• Prova di fatica assiale ad alto numero di cicli, High Cycle Fatigue (HCF) su singolo provino
• Prova di fatica a flessione rotante, Rotating Bending Fatigue (RBF) su singolo provino (solo a temperatura ambiente)
• Prova di fatica assiale a basso numero di cicli, Low Cycle Fatigue (LCF) su singolo provino
• Determinazione della Curva di Wöhler
• Determinazione del Limite di fatica tramite metodo staircase
• Determinazione dei coefficienti per la caratterizzazione del comportamento ciclico del materiale

Meccanica della frattura

A supporto delle prove di fatica vi è la meccanica della frattura che è in grado di stabilire come gli effetti di indicazioni lineari, come le cricche, ed in generale i difetti presenti in un componente, possano modificare il comportamento meccanico durante la rottura del materiale oggetto di studio.
Essere a conoscenza dei valori di tenacità alla frattura come JIC, KIC e Fatigue Crack Growth Rate fornisce dati da impiegare per determinare l’idoneità di un materiale a resistere alla rottura per fatica nelle applicazioni reali.

Avere informazioni riguardo la velocità di propagazione della cricca e del fattore di intensità degli sforzi è essenziale in studi di Engineering Critical Assessment (ECA) e nella selezione del materiale appropriato per componenti e strutture dove la dimensione minima dei difetti accettabili ha un impatto decisivo sulla vita del componente in esercizio.

Alcune delle prove di fatica che possiamo eseguire in TEC Eurolab per verificare la meccanica della frattura da temperatura ambiente fino a 1000°C:

• Fracture toughness
• Fatigue Crack Growth Rate (FCGR)
• Determinazione del ΔK-threshold (ΔKth)

Tensioni residue

Le tensioni residue sono stress interni che rimangono nel materiale anche in assenza di carichi esterni. Questi fenomeni possono derivare da processi di fabbricazione, come saldatura, lavorazioni meccaniche o trattamenti termici, e influenzano significativamente il comportamento del materiale durante le prove di fatica. Le tensioni residue possono essere verificate a prescindere dall’esecuzione di una prova di fatica. Ma nel contesto delle analisi a fatica, le tensioni residue giocano un ruolo cruciale, poiché possono ridurre la durata del componente o alterarne le prestazioni. Misurarle e valutarne l’impatto è fondamentale per comprendere meglio la risposta del materiale a cicli di carico ripetuti e ottimizzare il design e la produzione dei componenti.

In TEC Eurolab verifichiamo le tensioni residue:

• Su campioni e componenti
• Superficiali
• Sub-superficiali tramite electropolishing su manufatti o campioni

Analisi dinamiche

Nell’ambito delle prove di fatica l’analisi meccanica dinamica mira a studiare il comportamento dei materiali sottoposti a sollecitazioni variabili nel tempo. Queste analisi permettono di simulare condizioni di carico ciclico tipiche delle applicazioni reali, come vibrazioni, impatti o oscillazioni, e di valutare la risposta dinamica del materiale, secondo specifiche normative di settore. Vengono effettuate su campioni standardizzati.
Le analisi dinamiche possono essere eseguite anche su componenti o campioni non standardizzati. Delle prove dinamiche customizzate su componenti non standard si occupa il nostro reparto di Test Engineering. Grazie a questo tipo di analisi è possibile verificare la capacità di sopportare carichi meccanici durante lo sviluppo di un nuovo prodotto o componente, ottenendo informazioni fondamentali sulla sua durata e affidabilità futura, identificando eventuali criticità strutturali o limiti prestazionali. Questi test rappresentano uno strumento essenziale per garantire la sicurezza e l’efficienza dei prodotti nei contesti più esigenti.

Caratteristiche tecniche della prova a fatica

Le prove di fatica effettuate da TEC Eurolab sono progettate per rispondere alle esigenze specifiche di materiali e componenti appartenenti a settori industriali diversi. Grazie all’impiego di strumentazioni avanzate e di metodologie consolidate, possiamo eseguire analisi a fatica che simulano condizioni operative reali e garantiscono risultati affidabili e ripetibili.
Ogni prova a fatica viene studiata sulla richiesta specifica del cliente e le caratteristiche del materiale, includendo test a temperatura ambiente, a caldo o a freddo, per valutare la resistenza del componente sotto carichi ciclici. I dati raccolti sono fondamentali per determinare la vita utile del componente e per identificare il comportamento a fatica.

La metodologia

Le prove di fatica eseguite da TEC Eurolab seguono una metodologia rigorosa e strutturata per garantire risultati precisi e affidabili. Ogni test inizia con la definizione dei parametri di carico ciclico, che includono l’intervallo di tensione massima e minima, la frequenza e il numero di cicli, al fine di simulare le reali condizioni operative del componente.
Durante una prova a fatica, i materiali vengono sottoposti a cicli di carico controllati e, tramite l’acquisizione e l’analisi dei dati, vengono costruite curve come quelle di Wöhler o diagrammi di Goodman-Smith, utili a determinare il limite di fatica o l’effetto del carico dinamico sulla durata del componente.
Questo approccio consente di adattare ogni prova di resistenza a fatica alle specifiche esigenze del cliente, garantendo che i risultati ottenuti siano direttamente applicabili al contesto industriale.

Gli strumenti della prova di fatica

Il parco strumentazioni che TEC Eurolab mette a disposizione per eseguire prove di fatica sui materiali si compone di diversi macchinari.

Le industrie a cui ci rivolgiamo

Le prove di fatica sui materiali trovano applicazione in numerosi settori industriali dove la sicurezza, l’affidabilità e la durata dei componenti sono fondamentali. Tra le industrie coinvolte spiccano l’aerospaziale, l’automotive, il biomedicale, l’oil & gas e il settore ferroviario, che richiedono rigorose analisi a fatica per garantire prestazioni ottimali anche in condizioni operative estreme.
Attraverso una prova di resistenza a fatica, è possibile valutare il comportamento di materiali e componenti critici per strutture aeronautiche, veicoli ad alte prestazioni, dispositivi medici o impianti energetici e qualsiasi tipo di materiale metallico, compositi e fibra di carbonio, contribuendo a migliorare il design e a ridurre il rischio di guasti in esercizio. Queste analisi sono essenziali per assicurare il rispetto degli standard di qualità e sicurezza richiesti in contesti altamente regolamentati.

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