Analisi del danno da fatica oligociclica nelle strutture in acciaio mediante il metodo di Neuber

This thesis investigates the low-cycle fatigue behaviour of steel structures subjected to cyclic actions, with particular focus on local plastic effects. The aim is to explore an area of fatigue that is not thoroughly addressed in the new Eurocode EN1993-1-9:2025, which relies exclusively on stress-based approaches. To analyse fatigue phenomena in the plastic regime, a strain-based method was required, specifically the Initiation Life Method from ISO 19902:2020, applied through Neuber’s approach. The method enables the transformation of the nominal stress outside the notch into the corresponding elastoplastic stress at the notch, using Neuber’s energy rule and the fatigue stress-concentration factor kf . The procedure is based on a Ramberg–Osgood stress–strain curve, a fatigue life curve corrected for mean stress according to the Smith–Watson–Topper parameter, and the linear damage rule formulated by Miner. The proposed method is validated on a simple two-dimensional frame subjected to seismic loading and designed with a behaviour factor q defining its ductility. The results show that Neuber’s approach is suitable for predicting cyclic plastic strain levels and estimating the fatigue life of structural details subjected to cyclic loading, while also assessing the appropriateness of the selected behaviour factor. The work concludes by proposing the introduction of a note in EN1993-1-9 referring to ISO 19902 for the analysis of low-cycle fatigue.

Il presente lavoro di tesi tratta il comportamento a fatica oligociclica delle strutture in acciaio soggette ad azioni cicliche, con particolare attenzione agli effetti plastici locali. Lo scopo è quello di approfondire un campo della fatica che anche nel nuovo Eurocodice EN1993-1-9:2025 non viene trattato approfonditamente, utilizzando solo approcci stress-based. Per poter trattare il fenomeno di fatica in campo plastico si è reso necessario utilizzare un medodo strainbased, in particolare l’ "Initiation Life Method da standard ISO 19902:2020, con approccio di Neuber. Il metodo propone la trasformazione da tensione nominale al di fuori dell’intaglio a tensione elastoplastica all’intaglio attraverso Neuber ed il fattore di concentrazione delle tensioni kf , assumendo alla base del metodo una curva stress-strain secondo Ramberg-Osgood, una curva di vita a fatica corretta per la tensione media secondo Smith-Watson-Topper e una legge di danno lineare definita da Miner. Il metodo costruito viene validato su un semplice telaio bidimensionale, soggetto a carico sismico e progettato co un fattore di comportamento q che ne definisce la duttilità. I risultati dimostrano che il metodo di Neuber risulti idoneo per prevedere i livelli di deformazione plastica ciclica e stimare la vita utile di dettagli strutturali sollecitati a carichi ciclici; oltre a valutare la correttezza del fattore di comportamento. Il lavoro si conclude con la proposta di una nota in EN1993-1-9 a cui si rimanda alla ISO 19902 per l’analisi di fatica oligociclica.