Distribuzioni di tensione per intagli soggetti a torsione in condizioni elastiche ed elastoplastiche

Il lavoro riporta delle soluzioni analitiche in forma chiusa per le distribuzioni di tensione generate da intagli circonferenziali in componenti assialsimmetrici soggetti a torsione, in condizioni lineari elastiche ed elastoplastiche. Il problema teorico in condizioni lineari elastiche e stato impostato e risolto utilizzando la teoria dei potenziali nel dominio complesso e una serie di opportuni sistemi di riferimento in coordinate curvilinee, evitando l'uso di mappature conformi. Le soluzioni proposte hanno un ampio range di applicabilita, in termini di dimensioni e forma dell'intaglio e di diametro dell'albero. Il problema elastoplastico e stato invece risolto utilizzando la tecnica delle trasformazioni odografiche, al fine di rendere lineari le equazioni nonlineari fondamentali del problema. Il contributo rappresenta la sintesi di una serie di lavori piu ampi a cura degli stessi autori

Densità di energia di deformazione locale e resistenza a fatica di giunti saldati di geometria complessa

Un recente criterio basato sul valore medio della densità di energia di deformazione (SED) inun volume di controllo è applicato a diverse serie di dati sperimentali tratti dalla letteratura, relativi a giuntisaldati di geometria complessa realizzati in acciaio. Il volume di controllo è rappresentato da un settore circolare di raggio pari a 0.28 mm, centrato sul piede o sulla radice dei cordoni di saldatura. Entrambe le regioni sono modellate come intagli V non raccordati con differenti angoli di apertura. La densità di energia di deformazione viene valutata direttamente da modelli agli elementi finiti tridimensionali. I dati sperimentali, riconvertiti in termini energetici, si posizionano all'interno di una banda di dispersionerecentemente proposta in letteratura. La banda sintetizzava più di 650 dati sperimentali relativi a giunti saldati con cordone d'angolo, con rotture innescate indifferentemente al piede o alla radice dei cordonidi saldatura

Distribuzioni di tensione per intagli soggetti a torsione in condizioni elastiche ed elastoplastiche

Il lavoro riporta delle soluzioni analitiche in forma chiusa per le distribuzioni di tensione generate da intagli circonferenziali in componenti assialsimmetrici soggetti a torsione, in condizioni lineari elastiche ed elastoplastiche. Il problema teorico in condizioni lineari elastiche è stato impostato e risolto utilizzando la teoria dei potenziali nel dominio complesso e una serie di opportuni sistemi di riferimento in coordinate curvilinee, evitando l’uso di mappature conformi. Le soluzioni proposte hanno un ampio range di applicabilità, in termini di dimensioni e forma dell’intaglio e di diametro dell’albero. Il problema elastoplastico è stato invece risolto utilizzando la tecnica delle trasformazioni odografiche, al fine di rendere lineari le equazioni nonlineari fondamentali del problema. Il contributo rappresenta la sintesi di una serie di lavori più ampi a cura degli stessi autori

the peak stress method applied to bi material corners

Abstract Bi-material interfaces are unavoidably present in many engineering applications, such as microelectronics, adhesive joints, fiber-reinforced composites and thermal barrier coatings. Under the hypothesis of linear elastic material behaviour, the local stress field at the point located at the free-edge of the bi-material interface has a singular behaviour, of which the intensity can be quantified by a generalized stress intensity factor, H. However, the numerical evaluation of H usually requires very accurate meshes and large computational efforts, hampering the use of H-based criteria in the engineering practice. The main aim of the present work is to overcome this limitation by extending to isotropic bi-material corners the Peak Stress Method (PSM), first proposed by Meneghetti and co-workers to estimate the stress intensity factor at the tip of a geometrical singular point with relatively coarse mesh patterns

Modeling of Polymer Clay Nanocomposite for a Multiscale Approach

The mechanical property enhancement of polymer reinforced with nano-thin clay platelets (of high aspect ratio) is associated with a high polymer-filler interfacial area per unit volume. The ideal case of fully separated (exfoliated) platelets is generally difficult to achieve in practice: a typical nanocomposite also contains multilayer stacks of intercalated platelets. Here we use numerical modelling to investigate how the platelet properties affect the overall mechanical properties. The configuration of platelets is modelled using a statistical interpretation of the Representative Volume Element (RVE) approach, in which an ensemble of "sample" heterogeneous material is generated (with periodic boundary conditions). A simple Monte Carlo algorithm is used to place non-intersecting platelets in the RVE according to a specified set of statistical distributions. The effective stiffness of the platelet-matrix system is determined by measuring the stress (using standard Finite Element analysis) produced as a result of applying a small deformation to the boundaries, and averaging over the entire statistical ensemble. In this work we determine the way in which the platelet properties (curvature, filling fraction, stiffness, aspect ratio) and the number of layers in the stack affect the overall stiffness enhancement of the nanocomposite. Thus, we bridge the gap between behaviour on the macroscopic scale with that on the scale of the nano-reinforcement, forming part of a multi-scale modelling framework.Comment: 39 pages, 19 figure

Revealing Commercial Epoxy Resins’ Antimicrobial Activity: A Combined Chemical–Physical, Mechanical, and Biological Study

In our continuing search for new polymer composites with antimicrobial activity, we observed that even unmodified epoxyresins exhibit significant activity. Considering their widespread use as starting materials for the realization of multifunctional nanocomposites with excellent chemical and mechanical properties, it was deemed relevant to uncover these unexpected properties that can lead to novel applications. In fact, in places where the contact with human activities makes working surfaces susceptible to microbial contamination, thus jeopardizing the sterility of the environment, their biological activity opens the way to their successful application in minimizing healthcare associated infections. To this end, three commercial and widely used epoxy resins (DGEBA/Elan TechW 152LR, 1; EPIKOTETM Resin MGS®/EPIKURETM RIM H235, 2andMC152/EW101, 3) have been investigated to determine their antibacterial and antiviral activity. After 24 h, according to ISO 22196:2011, resins1and2showedahighantibacterialefficacy(Rvalue>6.0logreduction)against Staphylococcus aureus and Escherichia coli. Resin 2, prepared according to the ratio epoxy/hardener indicated by the supplier (sample 2a) and with 10% w/w hardener excess (sample 2b), exhibited an intriguing virucidal activity against Herpes Simplex Virus type-1 and Human Coronavirus type V-OC43 as a surrogate of SARS-CoV-

Nocht mechanics under elastic and elastic-plastic conditions

Deliberately created or inadvertently induced, notches and defects unavoidably exist in engineering components. Then, fatigue strength assessments often need linear and nonlinear stresses and strains at the notch root or in the close neighbourhood of it. Whilst there is a large body of work on notch root stresses under tensile loading, in the previous literature there has been relatively little attention paid to torsional loading of prismatic shafts. Nevertheless, the engineering use of torque carrying shafts is extensive and they are susceptible to crack formation at notches and grooves under both static and cyclic conditions. In this work, a comprehensive evaluation of the components of the linear and non-linear stress fields ahead various kind of mode III loaded notches is presented. These expressions are also used to provide closed form solutions for some local parameters such as the averaged strain energy density and Rice J-integral. Finally an assessment of fatigue strength of welded joints subjected to multiaxial loading (combined Mode I and Mode III) as well as to complex three-dimensional welded joints based on the local energy is presented.Variazioni geometriche, come fori e intagli, sono comunemente presenti nella maggior parte dei componenti meccanici. Tali discontinuità, causa di una perturbazione della distribuzione di tensione nominale, comportano un aumento locale delle tensioni e delle deformazioni. La conoscenza delle distribuzioni di tensione nelle adiacenze di tali variazioni geometriche è quindi di grande importanza nella valutazione della resistenza a fatica di componenti strutturali. Mentre in letteratura vi sono numerose soluzioni teoriche per componenti piani soggetti a trazione o flessione, relativamente pochi sono i contributi relativi a casi di torsione in travi prismatiche o assialsimmetriche. Tuttavia, gli alberi soggetti a coppia torcente rappresentano un caso di notevole interesse applicativo, essendo potenzialmente interessati da fenomeni di innesco e propagazione di cricche di fatica dovute a effetti di intaglio di diverso tipo. Il lavoro riporta delle soluzioni analitiche in forma chiusa per le distribuzioni di tensione generate da intagli circonferenziali in componenti assialsimmetrici soggetti a torsione, in condizioni lineari elastiche ed elastoplastiche. Tali soluzioni sono inoltre utilizzate per determinare delle espressioni in forma chiusa per alcuni parametri locali, quali la densità di energia di deformazione e il J-integral di Rice, e per discutere dal punto di vista teorico alcuni aspetti peculiari relativi all’effetto d’intaglio in presenza di sollecitazioni torsionali. Viene infine proposta una sintesi di un elevato numero di risultati sperimentali, tratti dalla letteratura, relativi a giunzioni saldate tridimensionali soggetti a fatica monoassiale (trazione o flessione) e multiassiale (Modo I e Modo III combinati) in termini di densità di energia di deformazione

A unified approach to the analysis of nonlinear stress and strain fields ahead of mode III-loaded notches and cracks

This paper provides a comprehensive evaluation of nonlinear stress fields in the neighbourhood of out-of-plane loaded notches with different opening angles, with the effect of varying notch root radius being included. Taking advantage of the unified analytical frame, stress and strain distributions ahead of the notch tip are determined for different nonlinear material laws, those most commonly used by engineers engaged in nonlinear notch analyses. Some well-known solutions due to Neuber and Rice, as well as some recent developments by the present authors can be seen as particular cases of the general approach presented herein. A discussion focused on the shape and the extension of the plastic zone ahead of the notches is also included