Un esempio di applicazione della metodologia DoE

Rubrica: Metodologie della progettazione meccanica
Titolo o argomento: Esempio di applicazione della metodologia DoE – Caratterizzazione di schiume di alluminio come assorbitori d’urto

Indipendentemente dai dati strettamente legati all’esempio, questo viene riportato per concretizzare il concetto di “metodologia DoE” espresso nell’articolo: Metodologia DoE – Design of Experiment.

Per intenderci gli assorbitori d’urto frontale sono quei componenti il cui compito è assorbire un urto deformandosi (formazione di cerniere plastiche negli elementi scatolati) o sfaldandosi (elementi in composito). Si tratta di componenti largamente utilizzati ad esempio nell’industria automobilistica per migliorare la sicurezza passiva di un veicolo.

Dalla curva Carico-Spostamento (rappresentata poco più in basso), oltre a rilevare il comportamento dell’assorbitore d’urto, si ricava l’energia assorbita tramite una semplice operazione di integrazione. La prova si pone di scoprire se le schiume di alluminio (materiali cellulari), iniettate dentro l’assorbitore d’urto, sono in grado di rendere la deformazione plastica graduale e quindi stabile nel comportamento.

diagramma_carico_spostamento_500px.jpg

Attraverso l’applicazione della metodologia DoE si investiga in primo luogo sugli effetti della densità in relazione alla capacità di assorbimento; in secondo luogo si cerca di comprendere il ruolo della schiuma come riempitivo di profilati. Si realizza pertanto un “piano degli esperimenti” come quello rappresentato nella tabella di seguito. Un simile piano è detto fattoriale. Più esattamente, in questo caso,  ci troviamo davanti ad un piano fattoriale di 2k prove, ovvero un piano a 2 livelli e k fattori. I fattori sono le variabili in ingresso (in questo caso: spessore, densità) mentre i 2 livelli possono essere interpretati come segue: il provino “tubo + schiuma” da 2 mm può avere densità 600 kg/m^3 oppure densità 900 kg/m^3. Stesso dicasi per lo spessore da 3 mm. Ciò significa che ciascuno dei due fattori ha 2 livelli. Pertanto un piano fattoriale 22 consisterà in 4 prove da eseguire per gestire tutte le combinazioni possibili dei livelli dei fattori.

esempio_piano_esperimenti_metodologia_doe.jpg

Le prove del piano A forniranno interessanti dati sull’effetto della densità e dello spessore in relazione alla capacità d’assorbimento dei provini composti e la possibile interazione tra lo spessore del tubo e la densità. Le prove del piano B permetteranno di valutare come la schiuma influenzi la risposta del tubo. Il risultato dell’analisi dei dati di questo esempio permetterà di scoprire che la schiuma iniettata nel tubo consente di aumentare notevolmente l’energia assorbita, inoltre non vi è alcuna interazione tra la densità e lo spessore del tubo.

Maggiori informazioni:
Sito web dell’Università degli Studi di Roma “La Sapienza”
Sito web dell’Università degli Studi di Padova
Sito web www.qualitastatistica.it