Caratterizzazione meccanica di leghe di alluminio

This thesis aims to investigate the mechanical characterization of three different aluminum alloys. The investigation was conducted through a series of tensile tests, supported by the use of Digital Image Correlation (DIC) technology. The data acquired in this way was processed in a numerical calculation environment, allowing for a rigorous comparison with the results derived from finite element modeling (FEM). The purpose of this work is to trace the characteristic curves of the three alloys under examination, identifying fundamental parameters such as Young's modulus, yield point, necking point, and finally fracture point. In addition, we want to compare these curves with those obtained with numerical models to verify that they are suitable for describing the real phenomenon. The first chapter will discuss aluminum in general, tracing its history from its discovery to its industrial use, and then describing the main characteristics that have made it so widely used. Next, the nomenclature will be indicated, distinguishing the series according to their characteristics and the codes that indicate the treatments performed. Finally, the description of the three aluminum alloys under analysis will be examined in detail separately. The second chapter will illustrate the instruments used to perform the characterization, describing their operation and state of the art. By demonstrating how the tensile testing machine works, we will explain how to interpret the results. Introducing the theory behind DIC and FEM analysis, we will present the software used and the mathematical models chosen to best represent the phenomenon. The third chapter will be dedicated to a detailed description of the work carried out. The methodology applied to the traction tests and the collection of images for DIC will be described. Then, the steps taken to process the data obtained will be summarized. After that, the calculations performed to obtain the parameters necessary for the mathematical model will be shown. Finally, the configuration of the simulation environment will be outlined in order to start the FEM analysis for subsequent comparison with the experimental data. The results chapter will present the images and graphs obtained, commenting on the behavior of the three materials, and the experimental data will be compared with those obtained using mathematical models. Finally, the conclusions chapter will discuss the considerations made in the analysis of the results obtained.

Il presente lavoro di tesi si propone di indagare la caratterizzazione meccanica di tre differenti leghe di alluminio. L'indagine è stata condotta attraverso una campagna sperimentale di prove di trazione, supportata dall'impiego della tecnica della Correlazione Digitale delle Immagini (DIC). I dati così acquisiti sono stati elaborati in ambiente di calcolo numerico, consentendo un confronto rigoroso con i risultati derivanti dalla modellazione agli elementi finiti (FEM). Lo scopo di questo lavoro è tracciare le curve caratteristiche delle tre leghe in esame, individuando parametri fondamentali quali il modulo di Young, il punto di snervamento, quello di strizione, ed infine quello di rottura. Inoltre, si vuole affiancare a queste curve, quelle ottenute con i modelli numerici per verificare che fossero adatti a descrivere il fenomeno reale. Nel primo capitolo si discuterà genericamente dell’alluminio percorrendone la storia dalla scoperta all’utilizzo su scala industriale, passando poi a descriverne le principali caratteristiche che lo hanno reso di così largo impiego. In seguito, ne verrà indicata la nomenclatura distinguendo le serie nelle loro caratteristiche, e le sigle che indicano i trattamenti eseguiti. Infine, verrà approfondita separatamente la descrizione dei tre allumini in analisi. Nel secondo capitolo verranno illustrati gli strumenti utilizzati per svolgere la caratterizzazione, descrivendone il funzionamento e lo stato dell’arte. Mostrando il funzionamento della macchina di trazione, sarà spiegato come interpretarne i risultati. Introducendo la teoria dietro alla DIC e all’analisi FEM, saranno esposti i software utilizzati ed i modelli matematici scelti per rappresentare al meglio il fenomeno. Il terzo capitolo sarà dedicato alla descrizione dettagliata del lavoro svolto. Si descriverà la metodologia applicata alle prove di trazione e alla raccolta delle immagini per la DIC. Poi, saranno riassunti i passaggi fatti per l’elaborazione dei dati ottenuti. Dopodiché, si mostreranno i calcoli svolti per ottenere i parametri necessari al modello matematico. Infine, verrà delineata la configurazione dell’ambiente di simulazione per avviare l’analisi FEM per il successivo confronto con i dati sperimentali. Nel capitolo dei risultati si esporranno le immagini ed i grafici ottenuti, commentando i comportamenti dei tre materiali, e saranno comparati i dati sperimentali con quelli ottenuti per mezzo dei modelli matematici. Infine, nel capitolo delle conclusioni si discuterà delle considerazioni fatte nell’analisi dei risultati ottenuti.