01 / Panoramica della ricerca

Ricerca

Analisi a fatica, metodi del piano critico, strutture saldate, manifattura additiva e prove su componenti all’Università di Pisa.

La risposta di materiali e componenti ai carichi ciclici, studiata con modelli analitici, analisi agli elementi finiti e prove sperimentali.
FIG. R01Panoramica della ricerca
Panoramica della ricerca

Analisi a fatica

Fatica di componenti con carichi agenti in più direzioni. Sviluppo e confronto metodi basati sul piano critico che legano tensioni e deformazioni locali alla vita a fatica, per componenti intagliati e saldati.

Metodi Modelli analitici e semianalitici; elaborazione dei risultati agli elementi finiti; confronto con prove di fatica.

Altri studi e approfondimenti
FIG. R02 / Piano candidato

FIG. R02.1Percorsi di ricerca SeAn-CP

Tre cerchi massimi invece dell’intera sfera

Massimo FSext sulla sfera
–
Massimo SeAn-CP
–
Errore SeAn-CP
–
Famiglie di piani
–
  • Famiglie di piani SeAn-CP: campo di deformazione, tensione in t₀, tensione in t₀+π
  • massimo sulla sfera
  • massimo SeAn-CP
Colore: parametro di Fatemi–Socie esteso su ogni piano, rispetto al massimo sull’intera sfera. Linee: gli unici piani valutati da SeAn-CP. Tubo a parete spessa con forza assiale, torsione e pressione interna. Trascina per ruotare.
Come è calcolata

Calcolata con seancp (SeAn-CP) al commit a3ade97: evaluate_fs_ext su griglia di 3°, seancp_fs_ext per i percorsi e full_plane_scan per il riferimento, ampiezza di taglio MCE, superficie esterna. Casi di carico dello studio Phase 3 (seed 23109), con le sue quattro sottostime maggiori; k_FS = 0,4 e S_y = 900 MPa sono costanti illustrative.

Dati (JSON) · Script di generazione · SeAn-CP@a3ade97

FIG. R02.2Criteri a confronto

Ogni criterio sulla stessa scala di errore in carico

Criterio
–
Materiale
–
Input
–
Legge di vita
–
Costanti di materiale (* opzionali)
–
Prove di verifica
–
Entro ±10 %
–
Entro ±20 %
–
eL medio ± dev. std.
–
Benchmark aperto della libreria multifat, rigenerato a ogni modifica della libreria. Righe: criteri, per famiglia; i punti a destra indicano quelli che richiedono deformazioni o usano una propria legge di vita. Colonne: materiali con dati di vita a fatica. Colore: quota di prove indipendenti previste entro ±10 % del carico, oppure errore medio in carico eL. Seleziona una cella per le sue statistiche.
Che cosa misura eL
  • Per ogni prova, s* è il fattore che, applicato all'intera storia di carico (medie comprese), fa prevedere al criterio calibrato esattamente la vita osservata: eL = ln(1/s*).
  • eL = 0 è una previsione esatta. eL = +0,10 significa che il criterio ritrova la vita osservata solo a circa 0,90 × il carico applicato: giudica la prova più severa di quanto fosse (conservativo). eL = −0,10 è il caso non conservativo.
  • A differenza dell'errore in vita, eL non cresce con la pendenza ridotta della curva S–N né con la potenza del carico nel parametro di danno (quadratica per SWT e i criteri energetici): tutti i criteri sono misurati sulla stessa scala.
  • Entro ±10 %: quota di prove con |1/s* − 1| ≤ 0,10. L'eL medio è lo scostamento sistematico; la deviazione standard è la dispersione.
  • Sono contate solo le rotture non usate per calibrare il criterio o la sua curva S–N; i run-out danno solo limiti e sono esclusi. L'indipendenza dalle costanti fornite con i dati, come i limiti di fatica, non è ancora tracciata (issue #14 di multifat).
  • La complessità è mostrata accanto al punteggio, non inclusa in esso: se il criterio richiede deformazioni (E, ν) oltre alle tensioni, se usa una propria legge di vita invece di una master curve calibrata DP = A·Nᵇ e quali costanti di materiale richiede (* opzionali).
Come è calcolata

Risultato di multifat-pipeline --all (multiaxial-fatigue, commit 67f06ea), che calibra ed esegue ogni criterio registrato su ciascun file di dati. eL = ln(1/s*), dove s* scala la storia di carico finché il criterio calibrato prevede la vita osservata; eL > 0 è conservativo. Sono contate solo le rotture non usate per la calibrazione; run-out e file con soli limiti di fatica sono esclusi. I dati di prova provengono dalle fonti pubblicate elencate nel PROVENANCE.md della repository.

Dati (JSON) · Script di generazione · multifat@67f06ea

Strutture saldate e tensioni residue

La saldatura lascia tensioni residue prima dell’entrata in servizio. Studio come si combinano con i carichi applicati e come influenzano la vita a fatica, con simulazioni e misure.

Metodi Analisi termostrutturali agli elementi finiti; valutazione delle tensioni residue; prove sperimentali di fatica.

Altri studi e approfondimenti
FIG. R03 / Schema geometrico di un giunto saldato

FIG. R03.1ECP per intagli acuti

Una master curve, geometrie saldate indipendenti

Raggio di controllo rc
–
Indice di dispersione T
–
Validazione nella banda ±2σ
–
Parametro di piano critico mediato al raggio di controllo rc in funzione dei cicli a rottura. Vuoti: serie di calibrazione dalla letteratura. Pieni: geometrie di validazione indipendenti. Banda: ±2σ della curva di calibrazione.
Come è calcolata

Ottenuta eseguendo gli script di calibrazione e previsione di sharCP (commit e87d01d) con le impostazioni illustrative del README, stato piano di deformazione globale in Modo I e banda comune ±2σ. Non è la calibrazione pubblicata nell’articolo associato. Le vite sperimentali delle serie di calibrazione provengono dalla letteratura citata.

Dati (JSON) · Script di generazione · sharCP@e87d01d

Manifattura additiva

Comportamento meccanico delle strutture da manifattura additiva ed effetti termici del processo, dagli elementi strutturali rappresentativi ai modelli analitici di saldatura e manifattura additiva dei metalli.

Metodi Modelli analitici di trasmissione del calore; analisi agli elementi finiti; caratterizzazione sperimentale.

Altri studi e approfondimenti
FIG. R04 / Schema di una struttura a strati

FIG. R04.1Mappa di Rosenthal dell'AM metallica

Centinaia di finestre di processo, due numeri adimensionali

Bagno fuso visto dall'alto, isoterma di Rosenthal

Materiale
–
Processo
–
U, P
–
Semilarghezza richiesta R̄
–
Numero di Rykalin Ry
–
Rapporto d'aspetto Ar = L / 2R
–
Fonte
–
Ogni punto è una condizione operativa pubblicata, resa adimensionale con la soluzione di Rosenthal per sorgente puntiforme in moto: leghe e macchine ricadono su un unico piano. Le linee a rapporto d'aspetto Ar costante corrono in diagonale; sotto la curva bianca il bagno fuso è più stretto della semilarghezza richiesta R̄. Seleziona un punto per la forma del suo bagno fuso.
Come è calcolata

Dalla rassegna di letteratura di Moda, Chiocca et al., Materials & Design 223 (2022) 110991 (dataset aggiornato, revisione 5): condizioni operative di SLM e LMD con le proprietà termofisiche usate. Ũ e P̃ seguono le Eq. (20–21), con la potenza nominale; il contorno è l'isoterma esatta dell'Eq. (2); le isolinee di Ar usano l'Eq. (12) e il confine l'Eq. (22). Le righe EBM sono escluse, come nell'articolo.

Dati (JSON) · Script di generazione · Articolo

Prove su materiali e componenti

Risposta statica, ciclica e in temperatura di materiali, giunti e componenti: compositi polimerici, giunti ibridi rivettati, componenti automobilistici e assemblaggi di circuiti stampati.

Metodi Prove statiche e di fatica; misure di deformazione, vibrazione e temperatura; modellazione computazionale.

Altri studi e approfondimenti
FIG. R05 / Schema di carico assiale su un provino

FIG. R05.1Giunti SPR ibridi a fatica

Una sola tensione strutturale per giunti lap-shear e coach-peel

Prove
–
Banda ±2s, superiore / inferiore
–
Ogni punto è una prova di fatica a R = 0,1 su un giunto alluminio–acciaio. In funzione della forza applicata, giunti lap-shear e coach-peel cadono su curve diverse. La tensione strutturale di tipo Rupp al rivetto, da modelli agli elementi finiti calibrati, porta tutte le combinazioni di spessore ed entrambe le geometrie su un'unica curva S–N. Cambia vista per confrontare.
Come è calcolata

Prove statiche e di fatica di A. Chiocca su giunti Al 5005 / Fe P05 con e senza adesivo Terokal 4497, nell'ambito di un progetto PRIN; articolo in preparazione. La tensione strutturale, i suoi pesi e le curve S–N sono i risultati degli script di valutazione dell'articolo.

Dati (JSON) · Script di generazione

Progetti di ricerca

05 /FABER CA23109

FABER (Fatigue Benchmark Repository)

Durata dell’Azione 2024–2028 · COST Action CA23109 · Rete internazionale di ricerca

Una rete internazionale dedicata allo sviluppo di raccolte di dati di fatica accessibili, benchmark e strumenti per confrontare le previsioni della vita a fatica.

Progetti precedenti

Hybrid joints for lightweight vehicle structures

2025 · PRIN PNRR 2022

Membro del gruppo di progetto

Caratterizzazione sperimentale, modellazione teorica e simulazione CAE di giunti tra metalli diversi.

Extrusion-based additive manufacturing

2022–2024 · PRA 2022 · Università di Pisa

Co-responsabile del progetto

Ricerca sull’ottimizzazione dei processi di manifattura additiva per estrusione di componenti metallici e ceramici.

Structural integrity in automotive applications

2022–2025 · PON 2014–2020

Contributo alla ricerca con Pierburg Pump Technology Italy / Rheinmetall

Ricerca su compositi polimerici, componenti elastomerici e circuiti stampati, combinando valutazione sperimentale e modellazione computazionale.

Collaborazioni di ricerca internazionali

  • Czech Technical University in Prague (Repubblica Ceca)

    Periodo di ricerca nell’ambito di FABER WG6 · 2026-06

  • Aarhus University (Danimarca)

    Mobilità Circle U. · 2026-01

  • NTNU, Norwegian University of Science and Technology (Norvegia)

    Mobilità di ricerca Erasmus+ · 2024-07

  • Fraunhofer LBF, Institute for Structural Durability and System Reliability (Darmstadt, Germania)
    • Attività di tesi magistrale · 2017-12–2018-05
    • Contratto di lavoro post-laurea · 2018-07–2018-09
    • Periodo di ricerca durante il dottorato · 2021-02–2021-06

Collaborazioni di ricerca

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