Verifica sperimentale di metodologie di test tailoring con eccitazione stocastica monoassiale e multiassiale

Current standards on accelerated dynamic tests are commonly intended to be implemented on single-axis shakers discarding, thus, the effect of the excitation components in other directions. The effect of those components, normally present in real operational environments, is only simulated performing multiple tests in succession for each orthogonal direction. Studies available in the scientific literature highlighted how this methodology not only is time consuming but also may lead to failures of the device under test not observable in real operating conditions. Starting from these considerations an experimental research has been performed using a multi-axis electrodynamic shaker available at the University of Ferrara. The experimental campaign consisted in single-axis and multi-axis tests, with three distinct levels of excitation and different degree of correlation among axes. The activity was carried out on notched steel specimens, with a simple geometry crafted ad-hoc in order to carefully control the stress state in the most stressed zone. The experimental campaign allowed an insight analysis of the so-called Inverse Power Law when it is applied on single-axis and multi-axis scenarios. The outcomes of single-axis tests put evidence on how the variation of the dynamic response due the propagating damage is of primary importance in the correct determination of the acceleration coefficient of the law. In addition, the same formulation was also applied to multi-axis tests where it has been observed how its predictive reliability is affected by the level of coherence between the simultaneous excitations. In particular, it has been shown how a low coherence level makes the acceleration coefficient particularly susceptible to the sample size of tests and to the RMS levels of adopted acceleration.

Gli attuali standard in tema di test dinamici accelerati sono pensati per essere implementati su shaker monoassiali, trascurando dunque l’effetto di componenti di eccitazione in altre direzioni. L’effetto di tali componenti, normalmente presenti nelle reali applicazioni meccaniche, viene solamente simulato eseguendo più test in successione, uno per ogni direzione ortogonale. Studi reperibili nella letteratura scientifica hanno messo in luce come questa metodologia non solo sia dispendiosa in termini di tempo, ma può anche portare a guasti del dispositivo oggetto di test non osservabili nelle effettive condizioni operative. Partendo da queste considerazioni è stata messa a punto una campagna sperimentale usando lo shaker elettrodinamico multiassiale disponibile presso l’Università degli Studi di Ferrara. L’attività sperimentale è consistita in test su singolo asse e multiassiali, con tre differenti livelli di eccitazione e differenti gradi di correlazione fra gli assi. La ricerca è stata condotta su provini di acciaio intagliati, con una geometria creata ad-hoc per garantire il controllo accurato dello stato tensionale nella zona più sollecitata. La campagna sperimentale ha permesso un’approfondita analisi della cosiddetta Inverse Power Law quando viene applicata a casi monoassiali e multiassiali. I risultati dei test monoassiali hanno evidenziato come la variazione della risposta dinamica causata dall’accumulo di danneggiamento sia di primaria importanza nella corretta determinazione del coefficiente di accelerazione della legge. Inoltre, la stessa legge è stata applicata anche a test multiassiali dove si è potuto osservare come la sua affidabilità predittiva sia influenzata dal livello di coerenza fra le eccitazioni. In particolare, si è potuto constatare come un basso livello di coerenza renda il coefficiente di accelerazione particolarmente suscettibile alla numerosità campionaria dei test e alla scelta dei livelli RMS di accelerazione.