Issue 12

F. Frendo, Frattura ed Integrità Strutturale, 12 (2010) 48-56; DOI: 10.3221/IGF-ESIS.12.05 48 Analisi del cedimento strutturale del braccio di una gru portuale Francesco Frendo Università di Pisa, Dipartimento di Ingegneria Meccanica, Nucleare e della Produzione frendo@ing.unipi.it R IASSUNTO . Nel presente lavoro vengono discusse le cause del cedimento strutturale del braccio di una gru portuale a portata variabile. L’ispezione delle sezioni di rottura ha mostrato in particolare la presenza di una grossa fessura preesistente al momento del crollo, che si estendeva per circa metà sezione di uno degli elementi tubolari principali che costituiscono il traliccio del braccio. Al fine di stabilire le modalità del crollo, nel lavoro vengono presentati un modello per l’analisi della propagazione della fessura, che fa uso del metodo delle weight functions ed un modello per l’analisi di collasso della sezione. Le analisi condotte hanno permesso di concludere che il crollo si è verificato per collasso plastico della sezione ed hanno messo in evidenza come la fessura in esame, per una parte considerevole della vita, sia propagata in condizioni stabili con velocità di avanzamento circa costante. A BSTRACT . In the present paper the structural failure of a crane arm is analysed and discussed. During inspections, a significant pre-existing crack was observed, which extended to about half the cross section of one of the main tubular elements which constitute the arm frame. In order to determine the failure cause, a model for the crack growth analysis and a model for the plastic collapse were developed; the model for the analysis of crack growth is based on the weight functions method. The analyses allowed to conclude that the failure was due to plastic collapse and to asses how, for a considerable part of the life, the crack propagated under stable conditions with an almost constant rate. P AROLE CHIAVE . Integrità strutturale; Apparecchi di sollevamento; Meccanica della frattura; Collasso plastico. I NTRODUZIONE modelli di calcolo dell’integrità strutturale ed i modelli fenomenologici che descrivono il danneggiamento dei materiali rappresentano uno strumento fondamentale per l’ingegnere sia nelle fasi di progettazione, che per l’analisi e l’interpretazione delle modalità di cedimento delle parti di una macchina che svolgono le funzioni strutturali. Vale la pena di osservare come, in particolare nel secondo caso, le difficoltà maggiori risiedono spesso nella conoscenza della storia operativa effettiva della macchina; nonostante ciò, tali modelli permettono di fare delle stime utili, relative ad esempio alla fase di propagazione di un difetto o alla vita del componente e alle cause di collasso. La problematica affrontata nel presente lavoro riguarda l’analisi del crollo del braccio di una gru portuale a portata variabile. Il braccio è costituito da un traliccio di tubi saldati; più in particolare vi sono tre correnti longitudinali principali tubolari, disposti ai vertici di un triangolo equilatero e degli elementi tubolari di sezione minore che realizzano il traliccio di collegamento. Il materiale del braccio è l’acciaio API 5L x52, un acciaio al carbonio tipicamente impiegato per la produzione di tubi utilizzati nella realizzazione di gasdotti. Il crollo del braccio è avvenuto in prossimità della zona di collegamento alla parte fissa della gru (Fig. 1) ; l’esame delle sezioni di rottura ha mostrato in particolare la presenza di un grosso difetto preesistente in uno dei correnti principali, che al momento del crollo interessava circa metà sezione (Fig. 2). Come risulta evidente dalla figura, il difetto si è originato in I