Misurazione delle sollecitazioni residue col metodo a foratura

La SINT Technology è una società italiana con sede a Firenze, Italia. In collaborazione con la HBM, la SINT produce e sviluppa l’MTS 3000, un sistema automatico per misurare le sollecitazioni residue col metodo del foro.

La SINT Technology è una società italiana con sede a Firenze, Italia. In collaborazione con la HBM, la SINT produce e sviluppa l’MTS 3000, un sistema automatico per misurare le sollecitazioni residue col metodo del foro.

Sono molte le cause per cui le sollecitazioni residue possono essere presenti in qualsiasi struttura meccanica. Esse possono essere dovute ai processi tecnologici per la costruzione dei componenti, quali la deformazione plastica provocata dalle saldature, oppure alla localizzazione dello snervamento del materiale dovuto ad intagli, oppure a certi trattamenti superficiali quali la pallinatura o l’indurimento superficiale.

Sulla resistenza strutturale, le sollecitazioni residue hanno la medesima importanza delle comuni sollecitazioni meccaniche. Tuttavia, mentre la sollecitazione provocata da carichi esterni può essere calcolata con un buon grado di accuratezza, quelle residue sono difficili da prevedere. Risulta di conseguenza molto importante disporre di un metodo affidabile, in grado di misurarle direttamente e col minor danno alla superficie dell’oggetto.

Questa è la ragione per cui è stato sviluppato il metodo del foro. Essenzialmente il metodo consiste nel trapanare un piccolo foro nel materiale del componente, effettuandolo nel centro di una rosetta di estensimetri. La rimozione del materiale consente il rilassamento della sollecitazione residua, permettendo così di misurala con gli estensimetri. Viene poi impiegato un metodo matematico idoneo per valutare la sollecitazione residua ridotta partendo dalle deformazioni misurate.


Il sistema MTS 3000 consiste di:

  • un sistema opto-meccanico (per effettuare fisicamente il foro),
  • una unità elettronica di controllo (per controllare il sistema opto-meccanico e l’acquisizione dati effettuata dall’amplificatore di misura Spider8-30 della HBM),
  • il software di controllo della foratura (per abilitare la foratura automatica),
  • il software di elaborazione (per processare i dati con differenti metodi di valutazione).

Il foro viene effettuato con una turbina ad aria che ruota a 400 000 giri/minuto, in modo da non provocare sollecitazioni di lavorazione sulla superficie del pezzo.

Il software di elaborazione permette di calcolare le sollecitazioni residue in funzione delle deformazioni misurate.



La scelta del metodo di calcolo retrostante è molto importante per produrre la rappresentazione più accurate dello stato di sollecitazione effettivo. Molti ricercatori hanno contribuito, e continuano a contribuire alla estesa letteratura che descrive il metodo di foratura.

Correntemente il software di elaborazione dispone di tre metodi di calcolo: il metodo con sollecitazione uniforme, il metodo di Kockelmann ed il metodo integrale.

Metodo con sollecitazione uniforme [Standard ASTM E 837-01]

Questo metodo, descritto nella norma ASTM E 837-01, si basa sull’assunto che le sollecitazioni non varino con la distanza dalla superficie del provino. Per tale ragione, questo metodo non considera la risoluzione spaziale. Ciò nonostante, allorchè le sollecitazioni residue misurate sono uniformi, questo è il miglior metodo da scegliere data la sua bassa sensibilità agli effetti degli errori di misurazione.

Metodo di Kockelmann

Il metodo di Kockelmann si basa sulla teoria che ci sia una funzione di correlazione fra la derivata della deformazione e la distribuzione della sollecitazione, espressa come funzione della profondità del foro. Il legame è formato da un paio di coefficienti (Kx and Ky), calcolato su un modello di simulazione e che mette in relazione sollecitazione e deformazione.

Da questi valori di sollecitazione è possibile calcolare le sollecitazioni principali ed il relativo angolo usando il cerchio di Mohr.

Metodo integrale

Questo metodo proposto da G. S. Schajer, fornisce un’analisi separata della sollecitazione residua ad ogni incremento della profondità del foro. In questo metodo, i contributi al totale rilascio di deformazione misurata delle sollecitazioni a tutte le profondità, sono considerati contemporaneamente partecipi nel fornire una risoluzione spaziale maggiore degli altri metodi..

Per semplificare il problema della valutazione della sollecitazione residua, Schajer propose che il campo di sollecitazione potesse essere descritto per mezzo di una funzione a gradini, il cui valore è una costante lungo le profondità parziali del foro. Usando questa ipotesi, Schajer stabilì i coefficienti numerici da usare per il calcolo. La massima profondità per cui si può usare questo metodo è di 0,5 volte il raggio medio della rosetta impiegata nella prova.

Il metodo integrale dovrebbe essere usato quando si attendono sollecitazioni residue che varino significativamente con la profondità; tuttavia esso è anche il metodo più sensibile agli errori di prova.

NUOVO ! ASTM E837-08

Esiste una nuova norma sulle sollecitazioni residue che introduce il calcolo delle sollecitazioni non uniformi. Per questo calcolo viene usato il metodo integrale e la regolarizzazione di Tikhonov può essere usata per ridurre gli errori nelle sollecitazioni calcolate, quando si impiega un notevole numero gradini di profondità del foro.

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