Stima della vita a fatica di giunzioni saldate in acciaio trattate HFMI e soggette a carichi ad ampiezza variabile secondo il Peak Stress Method

The aim of this thesis is to investigate the applicability of the Peak Stress Method (PSM) for the fatigue life prediction of High Frequency Mechanical Impact (HFMI)-treated welded steel joints subjected to variable amplitude loading. First, a comprehensive literature review was carried out on the HFMI post-weld treatment and its beneficial effects on the fatigue performance of welded joints. The Peak Stress Method was then examined for both as-welded and HFMI-treated joints, with particular attention to its extension to variable amplitude loading conditions. Subsequently, the application of the PSM was implemented through finite element analyses (FEA) performed in Ansys®, considering the different weld toe geometries of as-welded joints (sharp V-notch) and HFMI-treated joints (radiused weld toe). A systematic collection of experimental fatigue data available in the literature was then conducted, focusing on HFMI-treated welded steel joints tested under variable amplitude loading. The database includes different base material yield strength classes and stress ratios, in accordance with the classifications adopted by the International Institute of Welding (IIW). The collected experimental data were reanalyzed using two- and three-dimensional finite element models to apply the PSM-VA approach. The predicted fatigue lives were compared with the PSM fatigue design curves available in the literature, which were calibrated for HFMI-treated welded joints under constant amplitude loading. This comparison enabled an assessment of the applicability of the PSM-VA approach to variable amplitude loading conditions over a wide range of material strength classes. The results provide an evaluation of the capabilities and limitations of the PSM-VA approach for fatigue life prediction of HFMI-treated welded joints under variable amplitude loading, contributing to the assessment of its reliability as a design and analysis tool for fatigue-critical welded structures.

L'obiettivo della presente tesi è analizzare l'applicabilità del metodo della tensione di picco (Peak Stress Method, PSM) alla previsione della vita a fatica di giunti saldati in acciaio sottoposti a trattamento post-saldatura High Frequency Mechanical Impact (HFMI) e caricati ad ampiezza variabile. Dopo un'analisi della letteratura relativa al trattamento HFMI e ai suoi effetti sul miglioramento della resistenza a fatica dei giunti saldati, è stato approfondito il metodo PSM sia per giunti in condizioni *as-welded* sia per giunti trattati HFMI, con particolare attenzione alla sua estensione ai carichi ad ampiezza variabile. Successivamente è stato acquisito il metodo di applicazione del PSM mediante analisi agli elementi finiti (FEM) sviluppate in Ansys®, considerando la differente geometria del piede di saldatura nei giunti non trattati e in quelli sottoposti a trattamento HFMI. È stata quindi effettuata una raccolta sistematica di dati sperimentali disponibili in letteratura relativi a prove di fatica ad ampiezza variabile su giunti saldati trattati HFMI, comprendenti diverse classi di tensione di snervamento del materiale base e differenti rapporti di ciclo. I dati sperimentali sono stati successivamente rianalizzati mediante modelli FEM bidimensionali e tridimensionali per l'applicazione del metodo PSM-VA. I risultati ottenuti sono stati confrontati con le curve di progettazione a fatica disponibili in letteratura e calibrate per giunti trattati HFMI sottoposti a carichi ad ampiezza costante, valutandone l'efficacia anche nel caso di carichi ad ampiezza variabile e per differenti classi di resistenza del materiale. L'attività svolta ha consentito di valutare le potenzialità e i limiti del metodo PSM-VA nella previsione della vita a fatica di giunti saldati trattati HFMI, contribuendo alla verifica della sua affidabilità come strumento di progettazione e analisi nel contesto dei carichi variabili.