Aspetti teorici e implementativi nella modellazione predittiva dell’usura

La modellazione predittiva dell’usura degli elementi meccanici è un argomento che sta attraendo sempre maggiore interesse sia da parte delle aziende, per le evidenti conseguenze applicative, che dei ricercatori, per le criticità di alcuni aspetti fenomenologici e implementativi. I modelli computazionali consentono di evitare lunghe e costose campagne di prova, di confrontare diverse soluzioni progettuali già in fase di design e di simulare il comportamento del componente in condizioni di esercizio, talvolta difficili da replicare sperimentalmente. D’altra parte la messa a punto di un modello richiede, tipicamente, la definizione di una routine utente che interagisca con il codice usato per la soluzione del problema di contatto, un opportuno settaggio di alcuni parametri per la convergenza dell’analisi e la formulazione di una legge in grado di descrivere affidabilmente l’avanzamento dell’usura. Generalmente si fa riferimento alla legge di Archard e si assume o che si usuri uno solo degli elementi in contatto o che si usurino entrambi in uguale misura. Evidentemente, questi sono casi particolari, ai quali probabilmente ci si riconduce considerando che la stima del coefficiente di usura k si basa generalmente sul volume totale di usura dei due corpi. Nel caso in cui sia possibile misurare il volume usurato separatamente per ciascuno degli elementi in contatto, si può definire, oltre a k, un fattore di ripartizione dell’usura alfa per tener conto della diversa resistenza all’usura delle due superfici. Tale concetto è stato proposto dagli autori e applicato ad un accoppiamento cilindro-piano in contatto di strisciamento modellato in Abaqus®. Lo studio proposto ha lo scopo di evidenziare alcuni aspetti cruciali nella modellazione dell’usura, sia per gli aspetti teorici che numerici. L’applicazione del fattore alfa è mostrata anche per casi tridimensionali, con riferimento alle protesi di anca e al contatto tra pin e disco in test di usura.