Calibrazione della profondità di infittimento della mesh per la verifica a fatica di componenti saldati secondo il Peak Stress Method

Il Peak Stress Method (PSM) consiste in un approccio locale basato sull’analisi ad elementi finiti, volto alla previsione di durabilità delle strutture saldate soggette a carichi di fatica. Il PSM adotta la densità di energia di deformazione mediata (SED) come criterio di resistenza a fatica e punta a definire una tensione equivalente di picco, a partire dalle tensioni locali in corrispondenza al piede e alla radice del cordone di saldatura calcolate mediante analisi agli elementi finiti. Tale grandezza può essere utilizzata per prevedere il punto di innesco delle rotture a fatica (a piede o alla radice) e per stimare la vita a fatica delle strutture saldate, in combinazione con un’adeguata curva di progettazione. Attualmente, il PSM prevede la generazione di una mesh ad elementi finiti uniforme ed estesa all’intero modello, avente dimensione relativamente rada rispetto alle mesh richieste per l’applicazione di altri approcci locali (come ad esempio l’approccio NSIFs). In ambito industriale, la necessità di analizzare e progettare strutture complesse, e di grandi dimensioni, costituisce una delle principali sfide ingegneristiche moderne (Figura 1). In questa prospettiva, estendere una mesh raffinata ad un intero componente di grandi dimensioni può comportare un notevole aumento del numero totale di nodi, con conseguente aumento del tempo di calcolo richiesto per risolvere ed analizzare il modello. Sebbene estendere all’intero modello la dimensione di elemento richiesta in corrispondenza a piedi e radici per applicare il PSM possa risultare conveniente quando si vogliono analizzare piccoli componenti, laddove una mesh raffinata incide limitatamente sulle tempistiche di soluzione del modello in virtù delle dimensioni ridotte, la medesima pratica può invece risultare limitante qualora si trattino strutture di grandi dimensioni, in quanto comporterebbe un infittimento eccessivo della mesh anche nelle zone non interessate dalla presenza dei cordoni di saldatura. Nell’ambito di questo progetto si vuole quindi approfondire l’applicabilità del PSM a strutture di grandi dimensioni, sfruttando la possibilità di generare opportune mesh localmente raffinate soltanto in corrispondenza ai piedi e alle radici dei cordoni di saldatura. A partire da geometrie 2D e 3D opportunamente studiate, si vogliono quindi definire dei criteri utili alla stima della profondità di infittimento locale della mesh necessaria affinché, rispettando la dimensione di elemento prescritta dal PSM, sia possibile applicare il metodo per l’analisi di piede e radice con riferimento a tutti i modi di sollecitazione (modo I, II, III).