Riassunto analitico
Il lavoro di tesi presentato riporta la procedura seguita per la caratterizzazione della risposta dinamica del telaio portante di un macchinario per la stampa 3D Laser Powder Bed Fusion in caso di sollecitazioni di natura sismica di entità moderata. Le prime fasi del progetto sono state finalizzate alla realizzazione di un modello che rappresentasse la struttura reale con un grado di accuratezza sufficientemente elevato da garantire l’attendibilità dei risultati. In prima istanza è stato realizzato un modello CAD composto da tutti gli elementi del macchinario che forniscono un apporto strutturale diretto; le geometrie dei componenti modellati hanno subito un processo di semplificazione finalizzato a facilitarne la rappresentazione. In seguito, basandosi sulle geometrie definite tramite il modello CAD, è stato realizzato un modello agli elementi finiti della struttura che replicasse in maniera più fedele possibile le caratteristiche geometriche, strutturali ed i collegamenti che caratterizzano il macchinario reale. La validazione del modello in questione è avvenuta tramite un confronto con il macchinario reale in termini di dimensioni caratteristiche, di masse e di volumi; tramite un’analisi statica con carico gravitazionale è stato inoltre verificato che i componenti del modello presentassero i gradi di libertà di moto relativo desiderati e che si instaurassero percorsi di carico coerenti con quelli riscontrati nella realtà. Tramite analisi modale è stato studiato il comportamento dinamico della struttura con l’obiettivo di ricavare le frequenze naturali e i modi propri di vibrare; in seguito è stata effettuata anche un’analisi di risposta in frequenza nel range 0-100 Hz, in cui si riscontra la maggior parte delle armoniche che compongono le sollecitazioni sismiche, al fine di ricavare le principali frequenze di risonanza della struttura nel caso di spostamento del suolo nelle tre direzioni dello spazio. Si è scelto di applicare una rappresentazione semplificata di una sollecitazione sismica caratterizzata da una funzione sinusoidale a frequenza costante ed ampiezza variabile. Basandosi su un approccio del tipo worst case, la frequenza della funzione sinusoidale utilizzata in ciascuna delle tre direzioni è stata scelta pari al valore di frequenza di risonanza ottenuto per sollecitazioni in quella direzione; l’ampiezza è stata modulata per mezzo di funzioni esponenziali che permettessero di replicare l’andamento tipico delle onde sismiche caratterizzato da una rapida crescita fino al raggiungimento dello spostamento massimo del suolo ed una successiva, graduale, decrescita fino al raggiungimento della condizione di ampiezza nulla. Le funzioni ottenute sono state fornite in input nelle tre direzioni dello spazio in modo da simulare una sollecitazione sismica. I risultati ottenuti sono stati processati con l’obiettivo di verificare la resistenza strutturale del macchinario nel caso di eventi sismici di entità paragonabile a quella considerata e le eventuali ripercussioni sul processo di stampa. Si è concluso che eventi sismici dell’entità considerata non comportano problematiche di natura strutturale in quanto le tensioni riscontrate sono sufficientemente inferiori alle tensioni di snervamento dei materiali utilizzati; gli spostamenti indotti ai vari elementi del macchinario comporterebbero, con buona probabilità, la realizzazione di un prodotto stampato qualitativamente non conforme agli standard desiderati. Lo studio presentato fornisce una solida base per successivi sviluppi finalizzati alla progettazione di contromisure atte a ridurre le sollecitazioni trasferite al macchinario in caso di eventi sismici.
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