Determinazione sperimentale della soglia di propagazione a fatica di cricche corte soggette a carichi multiassiali di modo I+II

All manufacturing processes can inevitably introduce some type of defect in mechanical components and structures. Unfortunately, those small crack-like defects can be detrimental with respect to the safety and structural durability of the considered structures as they can easily trigger the initiation and subsequent propagation of short fatigue cracks when subjected to fluctuating loads. Therefore, there is a need for proper fatigue design criteria for components having defects inside. Accordingly, the present investigation, which has been carried out in collaboration with the Italian company SACMI S.C., aimed at the experimental determination of the crack size dependence of the fatigue crack propagation threshold for physically/mechanically short cracks, i.e. the cyclic R-curve, in a 40CrMoMn7 steel. In the framework of fracture mechanics-based design criteria, the cyclic R curve allows to properly design against fatigue mechanical components and structures containing defects. Furthermore, in service, real components are often subjected to multiaxial loading conditions and the crack propagation take place under mixed (e.g. I + II) mode. This makes clear the importance of having known the R cyclic curve also for mixed mode I+II loadings. Accordingly, the present study proposes for the first time an experimental procedure to investigate the fatigue crack propagation threshold of short fatigue cracks under mixed mode I+II loads.

Nel presente elaborato, condotto in collaborazione con l'azienda italiana SACMI S.C., è stata determinata sperimentalmente la soglia di propagazione a fatica di cricche fisicamente/meccanicamente corte in un acciaio da stampi. In particolare, nel progetto si è studiata la dipendenza della soglia di propagazione dalla dimensione della cricca stessa, ovvero la cosiddetta curva R ciclica, in condizione di carico sia monoassiale sia multiassiale (modo I+II). La ragione per cui è necessario conoscere la soglia di propagazione di cricche corte risiede nel fatto che, generalmente, i componenti meccanici sono caratterizzati dalla presenza di difetti che vengono involontariamente generati nelle fasi di produzione degli stessi. Sfortunatamente, questi difetti possono compromettere pesantemente la sicurezza e la durabilità strutturale dei componenti, in quanto facilitano l’innesco e la propagazione di cricche di fatica quando sottoposti a carichi ciclici. La curva R ciclica, che si colloca nell’ambito dei criteri di progettazione basati sulla meccanica della frattura, permette di progettare in sicurezza una struttura contenente difetti. Inoltre, nel presente lavoro di tesi, è stata sviluppata per la prima volta una metodologia per ricavare sperimentalmente la curva R ciclica in condizioni di carico multiassiale di modo I + II, una condizione simile a quella in esercizio di molti componenti reali.