Accelerated life testing in mechanical design

L'introduzione di nuovi prodotti sul mercato è un processo di lunga durata, che comprende tipicamente sia fasi di progettazione che di sperimentazione. Sovente, la fase di validazione sperimentale condiziona notevolmente i tempi complessivi del processo. Infatti, in molti settori industriali, la procedura di sviluppo prodotto è basata su metodologie di tipo trial and error. Prove di validazione intermedie vengono eseguite su prototipi fisici in scala reale, ed in base all'esito di queste il design viene rielaborato (in caso di esito negativo) o validato (se l'esito è positivo). L'efficienza di tale metodo sotto il profilo temporale è, notoriamente, sub-ottimale. Per migliorare l'efficienza di tale processo è, ad esempio, possibile sfruttare metodologie di prova accelerate, che consistono nel sottoporre il prodotto ad una condizione di prova più gravosa rispetto alle normali condizioni di lavoro. In tale modo, si può conseguire una riduzione del numero di cicli necessari a portare a rottura il componente, con evidenti ricadute vantaggiose sull'efficienza del processo. Un'ulteriore modalità di accelerazione della prova consiste nel passare da prova sull'assieme globale a prova sui sottoassiemi o singoli componenti. È tuttavia obbligatorio, affinché i risultati ottenuti mediante tali metodologie di prova siano utili per la progettazione, adottare opportune precauzioni. Ad esempio, è fondamentale preservare la modalità di rottura originaria del componente. Per fare ciò, si rende necessario, fra le altre cose, conoscere la relazione tra le condizioni al contorno dell'intero assieme e le sollecitazioni dei singoli componenti. Nel presente elaborato, la metodologia sopra descritta viene illustrata facendo riferimento alla sua applicazione a componenti del settore serraturiero (dimostratore). Sono stati effettuati numerosi test sperimentali, per caratterizzare la vita a fatica e la resistenza all'usura dei materiali coinvolti nella costruzione del dimostratore. Sono inoltre stati sviluppati modelli numerici FEM per determinare le sollecitazioni dei sottoassiemi e componenti del dimostratore durante la fase di test. Combinando i risultati sperimentali con quelli numerici, è stato possibile sviluppare un modello analitico in grado di stimare con buona approssimazione la vita effettiva del dimostratore, quando sottoposto a prove accelerate. I principi alla base di questa procedura possono essere applicati, senza perdita di generalità, a numerosi settori dell'industria.