Riflettendo su un altro anno splendido trascorso a presentare/insegnare metodi di ingegneria e ad aiutare i clienti di Accuris a trovare gli strumenti e il supporto giusti per progettare in modo creativo i prodotti del futuro, concludo con una frase che riassume un tema ricorrente del 2024: "lavorare nell'incertezza".
Ho capito molto tempo fa che se non imparo qualcosa quando faccio una presentazione, allora non ho ampliato a sufficienza la mia "comfort zone" né quella del mio pubblico, e le persone del pubblico non hanno imparato quanto avrebbero potuto. Di conseguenza, probabilmente non sono stato loro utile quanto avrei potuto.
Ad esempio, in una delle mie sessioni alla conferenza 2024 Aircraft, Airworthiness & Sustainment a San Antonio, in Texas, ho approfondito tutti e tre gli aspetti della progettazione e dell'assemblaggio dei giunti bullonati, che sono apparentemente semplici.
Ho spiegato in numerose occasioni le incertezze e le ipotesi talvolta dubbie, presenti nella teoria classica dei libri di testo, utilizzate per specificare la forza di pretensionamento che dovrebbe essere applicata al giunto, specialmente quando i componenti assemblati sono realizzati con materiali diversi e sono coinvolte varie temperature di esercizio. Una buona pratica di progettazione porta a un intervallo di pretensionamento che, per ridurre al minimo le sollecitazioni da fatica, sarà il più alto possibile senza rischiare lo snervamento del bullone. Questo è quanto la maggior parte dei corsi universitari ha il tempo e la consapevolezza di insegnare in merito ai metodi rilevanti dal punto di vista industriale.
Oltre a ciò, vi è maggiore incertezza riguardo alla precisione con cui il bullone viene serrato (a un valore compreso in tale intervallo) durante l'assemblaggio. La maggior parte delle aziende utilizza una "chiave dinamometrica" standard e ne calcola l'impostazione utilizzando una formula classica da manuale. Purtroppo, anche in condizioni di assemblaggio in fabbrica, la precisione nel raggiungere il precarico desiderato può variare del ±25%.
A tal proposito, è impossibile stabilire una relazione empirica che fornisca una soluzione precisa al problema della misurazione della coppia applicata. Per fortuna, un'analisi dei numerosi risultati dei test disponibili nell'ambito delle metodologie ESDU fornisce un metodo per determinare, per dadi e bulloni di piccole dimensioni, i valori approssimativi della tensione indotta da una coppia specifica.
Grafico che mostra le bande di dispersione che rappresentano l'incertezza
Il terzo aspetto della sfida dei giunti bullonati a livello pratico è il loro potenziale di autoallentamento. Sebbene un assemblaggio di dadi e bulloni adeguatamente serrato non sia soggetto ad allentarsi durante il funzionamento in condizioni operative stabili, è possibile che si perda fino al 20% del precarico quando le superfici dei componenti accoppiati si assestano. Si possono verificare anche altre perdite più gravi della forza di serraggio quando gli assemblaggi bullonati sono soggetti a vibrazioni (spesso impreviste) durante il funzionamento.
Quando ho presentato un tipico esempio di autoallentamento riscontrato da uno dei clienti europei di ESDU e ho spiegato la soluzione trovata grazie ai nostri metodi validati, è stato gratificante che due ingegneri siano venuti da me dopo il mio intervento per discutere proprio dello stesso problema che stavano cercando di risolvere su uno dei tipi di aerei della loro flotta.
La parte interessante della storia è che questi ingegneri e il nostro cliente europeo non sapevano con certezza perché i bulloni si allentassero solo occasionalmente, ma il giunto modificato dal nostro cliente non ha più avuto quel problema!
Per concludere, la mia presentazione era rivolta a ingegneri che sono giustamente tenuti a utilizzare metodi, dati e software validati in grado di soddisfare i requisiti stringenti della certificazione aeronautica. Tornato nel Regno Unito, stavo discutendo di un altro giunto bullonato con un ingegnere che lavorava in un'applicazione di "ingegneria generale", dove le istruzioni di montaggio del prodotto riportavano la dicitura "AVVERTENZA: non serrare eccessivamente".
Oltre alle istruzioni così vaghe, non si era tenuto conto della temperatura, né della necessità di lubrificare dadi e bulloni durante il montaggio, e inoltre era stato scelto un bullone economico con filettatura a passo grosso. L'ingegnere ha ammesso che "a volte si verificavano problemi con il freddo"…
Sebbene il cedimento di un bullone nell'ingegneria generale non comporti conseguenze catastrofiche come quelle che potrebbero verificarsi in caso di cedimento o "allentamento" di un giunto utilizzato nell'aeronautica, il danno alla reputazione e al bilancio di qualsiasi azienda derivante dalla mancata soluzione di un problema facilmente risolvibile in fase di progettazione può comunque essere molto grave. È gratificante sia dal punto di vista professionale che personale che i metodi validati dell'ESDU, supportati dal nostro servizio di ingegneria, forniscano soluzioni pratiche per tutti gli aspetti della progettazione dei giunti bullonati e del loro funzionamento in servizio per coloro che cercano prodotti migliori e più sicuri.
Per fortuna, se c'è una cosa certa nel 2025, è il piacere costante che io e i miei colleghi di Accuris proveremo nell'aiutare altri ingegneri a riconoscere e affrontare le incertezze che si presenteranno nella loro attività professionale!
Vuoi saperne di più sulle opinioni di John riguardo all'ingegneria nel settore aerospaziale e della difesa? Guarda la registrazione del nostro webinar in cui ha chiacchierato con Chris Burrows, ingegnere della Rolls Royce.
