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• Titolo: Rotture di fatica nei macchinari di bordo
• Autore: Niccolò Reggio
• Rivista: Tecnologie Trasporti Mare
• Data di pubblicazione: 15-09-2020
• Abstract: Rotture di fatica nei macchinari di bordo In questo articolo si parla di avarie che sempre più frequentemente si manife-stano e sono oggetto di accertamenti in quanto portano, talvolta, a danni impor-tanti sia in punto tecnico sia in termini eco-nomici. Le rotture di fatica di organi di macchina, quindi, in questa trattazione, di componen-ti metallici, sono manifestazioni che posso-no risultare catastrofiche perché, nella maggior parte dei casi, non sono diretta-mente osservabili se non riconosciute con prontezza dai sistemi di monitoraggio dei parametri di funzionamento della macchi-na in questione così da arrestare pronta-mente l'impianto. L'attuale teoria della meccanica dice che una trina (lesione) difatica (per stati di ten-sione alternata oppure pulsante) si attiva entro 10' cicli(dieci milioni di cicli) di fun-zionamento del componente, ferma re-stando la necessità che sia presente (ovve-ro che si sia formato nel tempo) un punto di innesco di una microcrina iniziale nel ma-teriale di costruzione del componente stes-so.Tuttavia l'attuale più ragionevole termi-ne assunto dai grandi costruttori di mac-chine rotanti, che deriva da approfondi-menti conoscitivi nel campo della cosid-detta "filtra-High Cycle Fatigue", fissa in 108 cicli (cento milioni di cicli) — e anche ol-tre - di funzionamento del componente (vedasi diversi studi che hanno per ogget-to queste analisi dovute proprio all'appari-re di lesioni di fatica su numeri di cicli mol-to elevati) ai fini dell'attivazione del pro-cesso. Esami di laboratorio, recentemente con-dotti sul materiale di costruzione di un componente primario di una macchina, mostrano un comportamento decrescente del valore della tensione ("S-stress") nel diagramma S-N per numero di cicli N oltre 107, diversamente da quanto comunemen-te assunto con 5 costante entro il valore di 107 cicli. Due semplici esempi per meglio compren-dere gli ordini di grandezza del numero di cicli di componenti meccanici delle costru-zioni navali: 1. per un'elica a 5 pale (carichi pulsanti) che ruota a 120 giri al minuto si parla, piut-tosto chiaramente, di 600 cicli al minuto per ogni organo meccanico collegato all'eli-ca stessa, quindi il potenziale innesco di una rottura di fatica potrebbe avvenire do-po /778 ore di moto, da inizio vita; 2. perun albero a manovelle (carichi alter-nati) di un motore a 7 cilindri che sia in La frattura di fatica su una maschetta di un albero a manovelle (diametro del perno di piede di Biella 415 mm) The fatigue crack issue is here briefly examined from its theoretical point of view down to the actual avallable technologies that might be accessible to evaluate a reasonable operational risk of metallic or composite mechanical components. Given that a fatigue crack develops from a stress concentration triggering point, either a defect in the materia' or in the geometry, its early detection is of paramount relevance. Superficial defects are usually observed by the magnetic particle examination, while the Total Focusing Method (TFM) is the only actual option in the ultrasonic analysis. However the TFM limitation in anaiyzing existing components, specially when they are in full service, is the depth of the proper return signal detecting the size of internai defects and/or cracks. Nowadays variousstudies have been published on the subject of the ultra-high cycle fatigue fixing in 108 cycles the limit to beconsidered for mechanical components. Recent lab testconducted on a major engine component show a decreasing value of the stress (in the S-N diagram) for numbers of cycles N above107, the commonly considered limit for the 5 value to remain constant. esercizio a 500 giri al minuto (questo per rendere più accessibile la comprensione degli ordini di grandezza in gioco), signifi-ca 3.500 cicli al minuto, ovvero 210.000 ci-cli all'ora, quindi il potenziale innesco di una rottura di fatica potrebbe avvenire do-po 476 ore di moto, da organo nuovo. Ma, ripeto, in presenza di un innesco che al-tro non è se non un punto di concentrazio-ne delle tensioni dal quale si attiva una mi-crocrina. Deve essere oltretutto sottolineato che cia-scuno dei summenzionati componenti ha risposte vibrazionali torsionali proprie che modificano le sue condizioni operati-ve, quindi prospettandosi possibili diversi inneschi. La trina di fatica, una volta partita, si allar- • ga a raggiera dal punto d'innesco e il suo avanzamento non ha velocità prestabilite e riconoscibili, ma possono essere osserva-ti (a posteriori, dall'esame della superficie deI materiale dopo la rottura) i segni deI suo momentaneo arresto quando quell'or-gano di macchina sia fermo: si possono quindi notare molto frequentemente i co-siddetti "beach marks" rappresentativi del momentaneo arresto del fronte di avanza-mento della trina difatica. La cruna difatica avanza quindi nel tempo li- Tecnologie Trasporti Mare Settembre -Ottobre 2020