Dynamic Testing in the Automotive Industry: Connection Rod Fatigue Test

Introduzione

Nella valutazione delle caratteristiche meccaniche di componenti automotive in esercizio, è indispensabile indagare sia le proprietà meccaniche statiche, sia il comportamento del componente quando è sottoposto a stress ciclici inferiori al valore di rottura. In queste circostanze, è necessario predisporre un corretto apparato di prova per potere svolgere test per la valutazione della resistenza a fatica.
 
L’attività descritta è stata svolta per caratterizzare le proprietà meccaniche a fatica di bielle motore adottate in campo automotive. Tali test sono stati effettuati mediante l’utilizzo del sistema servo-idraulico HB 500 kN - Zwick & Roell. Il sistema è stato installato per potere svolgere attività di caratterizzazione a fatica su componenti finiti, anche di grandi dimensioni. Inoltre grazie al software di programmazione a blocchi è possibile definire integralmente la struttura del ciclo di prova, unendo potenzialmente prove cicliche e prove statiche in un unico test.

Scopo

Il test svolto sul componente finito dà riscontro sui dati ottenuti dai calcoli e dalle simulazioni in fase di progetto. Sottoponendo i componenti alle sollecitazioni ed agli sforzi reali a cui sono soggetti in condizioni di esercizio mediante i sistemi di prova, è possibile indagare il comportamento reale di un componente, valutando le criticità che potrebbero verificarsi durante la vita d’esercizio.

Approccio e Soluzione

Le attività hanno avuto inizio a seguito di una fase di progettazione sia dell’ambiente di prova e che dei relativi accessori necessari per l’esecuzione del test, che sono stati valutati secondo specifiche richieste del cliente. In questa fase il Centro Prove Affidabilità di TEC Eurolab si è avvalso dell’ausilio di sistemi di disegno assistito (CAD) e simulazione 3D per verificare la migliore configurazione dell’accessorio da realizzare.

L’obiettivo del test è stata la determinazione del limite di fatica del materiale, definendo parametri di prova e condizioni di verifica con il cliente.  In particolare, l’intento era di concentrare le sollecitazioni sulla parte centrale della biella (stelo), di modo che le rotture si verificassero sul tratto utile e non sui fori di fissaggio (occhio, piede), come solitamente può accadere. Con l’identificazione della configurazione idonea, le rotture si sono verificate sulla parte centrale delle bielle.

Risultati

I dati analitici emersi sono serviti per determinare numericamente il limite di fatica, utilizzando il metodo staircase (Dixon-Mood). In particolare, il numero di campioni utilizzando (15) è risultato sufficiente come popolazione di campioni per potere ottenere un valore del limite e del relativo errore associato significativo da un punto di vista statistico.

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