Stress analysis of periodic notches by using the strain energy density approach

This research focuses on the stress analysis of periodic notches by using the strain energy density approach. Bolts, screws and rotary-shouldered connections, as examples of periodic notched components, play an important role in the performance of the machinery. The contents are related to two-dimensional (2D), as well as three-dimensional (3D) modeling of periodic notches both in the case of round and sharp notches. The analyses are based on the numerical modeling of periodic notches with linear elastic assumption of the material. The simple analytical expressions for the notch stress intensity factors (NSIFs) of periodic sharp notches, as well as theoretical stress concentration factors (SCFs) of periodic blunt notches are obtained. Using the strain energy density (SED) approach, the coarse mesh in the finite element models is used and compared with the results obtained from the fine meshing. In fact, using SED approach, the averaged strain energy in a control volume allows using the coarse meshes in order to determine the NSIFs and SCFs of notched components precisely. In the case of 3D analysis, the thickness effects with particular attention on coupling modes, which due to Poisson effect are automatically generated, are studied. These modes can have a significant effect on the structural integrity of mechanical components. In addition, two collaborative industry projects with: Officine Meccaniche Zanetti s.r.l. and Omera s.r.l. are successfully implemented.

Questa ricerca si concentra su "Analisi delle sollecitazioni di intagliati periodici utilizzando l'approccio di densità di energia di deformazione", si è occupato di problematiche relative alla modellazione bidimensionale e tridimensionale di intagli periodici raccordati e a spigolo vivo. Bulloni, viti e connessioni rotanti spalle, come esempi di componenti intagliati periodiche, svolgono un ruolo importante nelle performance delle macchine. L'attività ha coinvolto prevalentemente la modellazione numerica in campo elastico ed ha permesso di ottenere delle semplici espressioni per la stima dei fattori d’intensificazione delle tensioni (NSIFs) e dei fattori teorici di concentrazione delle tensioni (SCFs) in funzione di tutti i parametri geometrici considerati. Le analisi numeriche sono state effettuate in prima battuta con mesh fitte e successivamente con mesh molto rade. Nel secondo caso l’energia di deformazione mediata in un volume di controllo ha permesso di determinare con precisione i fattori tensionali di riferimento e alcune espressioni per l’applicazione diretta a problematiche simili. Nel caso tridimensionale sono stati studiati e analizzati gli effetti legati allo spessore con particolare riferimento ai modi accoppiati che vengono automaticamente generati per effetto Poisson e che possono incidere in modo rilevante sull’integrità strutturale di componenti meccanici. I risultati raggiunti sono stati applicati a casi aziendali con due collaborazioni tutt’ora in atto con Officine Meccaniche Zanetti e Omera formalizzate in progetti di ricerca in cui il dottorando è stato il principale protagonista.