Sviluppo di un nuovo criterio per la scelta della curva di progettazione secondo il Peak Stress Method per la progettazione a fatica di giunzioni saldate soggette a carichi multi-assiali

Welding is a widespread technology in the industrial sector that enables the joining of various types of components, ensuring high structural efficiency and operational flexibility. However, the presence of the weld bead promotes fatigue failure in these structures. The most common standards regulating the design of welded joints are based on nominal stress calculation; this approach has the disadvantage of requiring numerous different design curves depending on geometric parameters and the types of applied loads. To ensure a single, universally valid design curve, alternative methods have been introduced over the years, the most prominent of which are the Notch Stress Intensity Factor (NSIF), the Averaged Strain Energy Density (SED), the Hot Spot Stress, and the Peak Stress Method (PSM). This thesis project specifically aims to develop the Peak Stress Method for the fatigue design of welded joints subjected to multiaxial loading. In particular, it addresses the fatigue assessment of welded details subjected to simultaneous torsion and bending—conditions in which the design curve deviates from the more familiar cases of pure Mode I and pure Mode III. It is therefore necessary to understand how the biaxiality ratio influences the fatigue behavior of the joint and how this parameter can be employed in the construction of the Peak Stress Method design curve. To achieve this, an ad-hoc test bench was developed to test V-notched specimens under pure bending, pure torsion, and combined bending-torsion with both in-phase and out-of-phase (90-degree) loading. Subsequently, based on the results obtained, a relationship was established to link the slope of the PSM design curve to the biaxiality ratio. Furthermore, this thesis work included the creation of a finite element model to accurately replicate the DCPD technology.

La saldatura è una tecnologia molto diffusa nell’ambito industriale tale da garantire l’unione tra componenti di varia natura, assicurando una buona efficienza strutturale e flessibilità di utilizzo. La presenza del cordone di saldatura, però, favorisce la rottura per fatica di quest’ultima. La normativa più diffusa che regola la progettazione delle giunzioni saldate si basa sul calcolo della tensione nominale; tale approccio presenta lo svantaggio di essere caratterizzato da numerose e differenti curve di progettazione, in funzione di parametri geometrici e tipologie di carico applicate. Affinché possa essere garantita un’univoca curva di progettazione di validità generale negli anni si sono introdotti metodi alternativi, i più diffusi dei quali sono il Notch Intensity Factor (NSIF), l’Averaged Strain Energy Density (SED), l’Hot Spot e il Peak Stress Method (PSM). Il seguente progetto di tesi, in particolare, pone come obiettivo lo sviluppo del Peak Stress Method per la progettazione a fatica di giunzioni saldate soggette a carichi multi-assiali. Nel dettaglio, viene affrontato il problema della valutazione a fatica di dettagli saldati soggetti contemporaneamente a torsione e flessione, condizioni nelle quali la curva di progettazione si allontana dai casi più noti di puro Modo I e puro Modo III. Diventa quindi necessario comprendere come il rapporto di biassalità influenzi il comportamento a fatica del giunto e come tale parametro possa essere impiegato nella costruzione della curva di progettazione per il Peak Stress Method. Per ottenere tale risultato, è stato sviluppato un banco prova ad-hoc per testare provini con V-notch sottoposti a pura flessione, a pura torsione, a flesso-torsione con carichi in fase e fuorifase (90 gradi). Successivamente, a partire dai risultati ottenuti, si è tracciata una relazione tale da collegare la pendenza della curva di progettazione secondo PSM al coefficiente di biassialità. Tale lavoro di tesi inoltre ha incluso la realizzazione di un modello ad elementi finiti tale da replicare nel dettaglio il sistema DCPD.