Definizione 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 multiassiali

In this paper, the definition of a new criterion for the choice of the design curve according to the Peak Stress Method for the fatigue design of welded joints subjected to multiaxial loads will be presented. In particular, local approaches used to estimate the fatigue life of welded joints will first be discussed. In this regard, the NSIF, SED and PSM approaches will be exposed. Subsequently, two training sessions will be presented, a two-dimensional case and a three-dimensional case, used with the aim of discussing the applicability of the local approaches mentioned above. To accomplish the main objective of the thesis, FEM analyzes were carried out on tubular steel specimens weakened by sharp-edged notches, objects of this thesis, in which the stress state was evaluated using the Peak Stress Method approach. of the most critical points represented by the lines highlighted by the carving background. In particular, in this paper two specimens will be presented, one with a notch angle equal to 135°, with the aim of simulating the weld foot of a weld and the other with an angle equal to 35°, with the aim of simulating a root of welding. Various experimental tests will also be discussed in this paper. Fatigue tests carried out on the same specimens, objects of the FEM analyses, will be presented, with the main aim, through experimental analysis, of obtaining data from which k slopes of the fatigue curve can be obtained as the local biaxiality ratio varies , characteristic of the Peak Stress Method. The slopes will be defined both for the initiation of the crack, evaluated through analysis of the signals at the DCPD, and for the passing crack condition. The curves obtained will be compared with the nominal ones, already known, of the cases of pure bending, i.e. with k=3 and pure torsion, i.e. k=5. To achieve these objectives, a fatigue test bench will be used, which allows the application of multiaxial loads, i.e. bending combined with torsion (local biaxiality ratios between 0.005 and 0.05 will be imposed) and pure torsion and pure bending loads. The various fracture surfaces obtained during the beach marking tests will be exposed, used to define and verify the various trigger criteria that will be discussed in the thesis. Finally, the data obtained will be compared with the slopes already known, i.e. k=3 for pure bending and k=5 for pure torsion, in such a way as to define the slopes for the various cases of bending combined with torsion, finally arriving at a rule that describes all the slopes as a function of the local biaxiality ratio.

In questo elaborato verrà presentata la definizione 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 multiassiali. In particolare, per prima cosa verranno discussi degli approcci locali utilizzati per stimare la vita a fatica di giunti saldati. A tal proposito verranno esposti gli approcci NSIF, SED e PSM. Successivamente, verranno presentati due addestramenti, un caso bidimensionale e un caso tridimensionale, utilizzati con lo scopo di discutere l’applicabilità degli approcci locali citati prima. Per compiere l’obiettivo principale della tesi, sono state effettate delle analisi FEM su dei provini tubolari in acciaio indeboliti da intagli a spigolo vivo, oggetti di questa tesi, in cui sono stati valutati, tramite l’approccio Peak Stress Method, lo stato tensionale dei punti più critici rappresentati delle linee evidenziate dal fondo intaglio. In particolare, in questo elaborato verranno presentati due provini, uno con angolo di intaglio pari a 135°, con lo scopo di simulare il piede cordone di una saldatura e l’altro con angolo pari a 35°, con lo scopo di simulare una radice di saldatura. In questo elaborato verranno inoltre discusse svariate prove sperimentali. Verranno presentati dei test a fatica svolti sui medesimi provini, oggetti delle analisi FEM, con lo scopo principale, tramite l’analisi sperimentale, di ricavare dei dati da cui si potranno ottenere delle pendenze k della curva di fatica al variare del rapporto di biassialità locale, caratteristico del Peak Stress Method. Le pendenze verranno definite sia per l’innesco della cricca, valutata tramite analisi dei segnali al DCPD, sia per la condizione di cricca passante. Le curve ricavate verranno confrontate con quelle nominali, già note, dei casi di pura flessione, ovvero con k=3 e pura torsione, ovvero k=5. Per giungere a questi obbiettivi si utilizzerà un banco prova a fatica, il quale consente di applicare carichi multiassiali, ovvero flessione combinata con torsione (verranno imposti rapporti di biassilità locale tra lo 0.005 e 0.05) e carichi di pura torsione e pura flessione. Verranno esposte le varie superfici di frattura ricavate durante le prove di beach marking, utilizzate per definire e verificare i vari criteri di innesco che verranno discussi nell’elaborato. Infine, i dati ricavati verranno confrontati con le pendenze già note, ovvero k=3 per la pura flessione e k=5 per la pura torsione, in modo tale da definire le pendenze per i vari casi di flessione combinata con torsione, arrivando infine ad una regola che descrive tutte le pendenze in funzione del rapporto di biassialità locale.