Riassunto analitico
L’attività di studio alla base di questo elaborato è l’analisi a fatica di uno scuotitore di una vendemmiatrice che ha presentato la formazione e la successiva propagazione di cricche durante l’esecuzione di un banco prova. Le macchine agricole sono caratterizzate da condizioni di utilizzo piuttosto gravose, è perciò necessario far sì che siano efficienti dal punto di vista di durabilità e affidabilità, le quali sono cruciali per ridurre i costi di manutenzione.
L'obiettivo principale è quello di creare un modello numerico capace di simulare le condizioni operative reali dello shaking frame, identificando le aree più critiche per la fatica. Per non gravare troppo sul costo computazionale dell’analisi transient è stata utilizzata una tecnica che combina i vantaggi di due approcci diversi: l’analisi multibody e l’analisi agli Elementi Finiti.
È stato, dunque, formulato un modello in grado di cogliere le non-linearità di tipo geometrico generate dalle grandi deformazioni degli shaker e dei clamp, coppie di elementi oscillanti che permettono la raccolta dei prodotti agricoli. Questi, oltre ad essere di difficile modellazione a causa dei loro grandi spostamenti, sono costituiti da due diversi materiali polimerici di cui è stato necessario individuare le proprietà meccaniche sperimentalmente.
A tal fine sono stati prodotti dei provini dai componenti commerciali e poi eseguiti dei test sperimentali di Three Point Bending, con lo scopo di identificare le rigidezze flessionali dei componenti polimerici. Dall’analisi dei risultati è possibile notare la dipendenza di queste ultime al variare della frequenza di deformazione e ricavare un valore indicativo di rigidezza per ogni materiale. I valori ottenuti sono stati inseriti all’interno del modello multibody al fine di ottenere dei risultati confrontabili con le prove a banco.
I dati fisici a disposizione sono stati forniti dal banco di prova, attraverso l’utilizzo di quattro accelerometri, uno per pillar. È stata ricercata una correlazione sempre più fine con il modello multibody attraverso l’analisi dei dati e in funzione dei diversi parametri relativi alle caratteristiche dei materiali.
Una seconda correlazione è stata effettuata identificando i punti di rottura presentati a banco prova con le simulazioni di fatica evidenziate dal modello completo. Circoscritte le zone è stata valutata la durata in ore del modello virtuale e sottoposta a confronto con lo scuotitore reale.
Si può concludere che i risultati ottenuti mostrano un ottimo grado di correlazione tra modello fisico e virtuale e, dunque, essi permettono la validazione di una metodologia innovativa che può trovare grande impiego nelle analisi con sollecitazioni dinamiche.
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Abstract
The study underlying this paper focuses on the fatigue analysis of a grape harvester shaker that exhibited crack formation and propagation during bench testing. Agricultural machinery operates under rather harsh conditions, making it essential for these machines to be efficient in terms of durability and reliability, which are crucial for reducing maintenance costs.
The primary objective is to create a numerical model capable of simulating the real operational conditions of the shaking frame, identifying the most critical areas for fatigue. To avoid excessive computational costs associated with transient analysis, a technique that combines the advantages of two different approaches was used: multibody analysis and Finite Element analysis.
A model was developed to capture the geometric nonlinearities caused by the large deformations of the shakers and clamps, pairs of oscillating elements that enable the collection of agricultural products. These components are difficult to model due to their large displacements and are made of two different polymeric materials whose mechanical properties needed to be identified experimentally.
To this end, specimens from commercial components were produced and subjected to Three Point Bending tests to identify the flexural stiffness of the polymeric components. Analysis of the results showed the dependence of these properties on the deformation frequency, providing an indicative stiffness value for each material.
The available physical data were provided by the bench test, using four accelerometers, one per pillar. A finer correlation with the multibody model was sought through data analysis and through the parameters related to material characteristics. The obtained values were inserted into the multibody model in order to obtain results comparable with the bench tests.
A second correlation was made by identifying the failure points observed in the bench test with the fatigue simulations highlighted by the complete model. Once the critical areas were identified, the model's lifespan in hours was assessed and compared with the real shaker.
The results show an excellent degree of correlation between the physical and virtual models, validating an innovative methodology that can be widely applied in analyses involving dynamic stresses.
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