Analisi del comportamento a fatica di strutture saldate con giunti di grande dimensione

In the field of fatigue assessment of carpentry structures, welding represents a critical point. In the last decades, many methods for fatigue assessment of welded joints were proposed. They are based on the comparison between experimentally evaluated S-N curves and nominal, structural or local stresses operating on the structures. Among these procedures, the hot spot methodology is especially appropriate to be used in combination with results from Finite Element simulation. By the increasing computational resources available for calculators, FEM represents an essential tool for the design of mechanical constructions. When machines are subjected to heavy loads, as for steel forging presses, structures comprise joints of high thickness (up to 250 mm). In case of high thickness, international standards provide coefficients that reduce the fatigue endurance of the joints. These factors appear to be too much conservative with respect to designer’s experience and it is not clear how they can be applied to very thick plates. Therefore, numerical simulations of propagation of cracks nucleated at the weld toe of fillet joints were performed. Simulations were validated by means of FEM analyses of the same joints. The results of the simulations, run for models of different dimensions, confirm the existence of the "thickness effect". Anyway, the fatigue strength reduction is lower than the one modelled by international standards. In order to have more information about fatigue properties of welded joints, static and dynamic tests are planned and scheduled. Specimens cut from high thickness butt joints are to be tested. The aim of the test activity is the assessment of a fatigue life curve of welded joints that may be used in the design procedure. Referring to the results of the tests, an assessment procedure of welded joints based on hot spot approach is defined.

Nella valutazione della resistenza a fatica di strutture di carpenteria, le saldature rappresentano un punto critico. Negli ultimi decenni sono state elaborate varie metodologie di calcolo della vita a fatica di tali giunti, basate sul confronto tra curve S-N determinate sperimentalmente ed il calcolo degli sforzi nominali, strutturali o locali. Tra queste metodologie, l’hot spot si presta in particolare ad essere utilizzata sui risultati di simulazioni agli elementi finiti (FEM) che, grazie alla crescita delle risorse computazionali dei calcolatori, si sono stabilmente affermate come strumento insostituibile per la progettazione e la verifica delle costruzioni meccaniche. Qualora le sollecitazioni fossero molto elevate, come nel caso delle presse per la forgiatura di acciaio, le strutture presentano giunti di notevole spessore (fino a 250 mm). Al crescere della dimensione, le normative internazionali impongono l’uso di coefficienti che diminuiscono la resistenza a fatica delle saldature. In base all’esperienza progettuale dei costruttori tali coefficienti appaiono eccessivamente conservativi e non è chiaro come essi debbano essere applicati su giunti spessi come quelli in esame. Sono state quindi sviluppate delle simulazioni numeriche di propagazione di cricche nucleate al piede di saldatura d’angolo, validate da modelli FEM dei medesimi giunti. I risultati delle simulazioni, applicate a cordoni di diverse dimensioni, confermano l’esistenza dell’"effetto spessore", tuttavia la diminuzione di resistenza a fatica appare minore di quella prevista applicando i coefficienti previsti dalle normative internazionali. Al fine di disporre di maggiori informazioni su cui basare la verifica a fatica delle saldature, viene pianificata una campagna di test statici e dinamici su provini ricavati da giunti di testa saldati di elevato spessore. L’obiettivo è quello di caratterizzare una curva S-N per le saldature che possa servire come base per la progettazione. In base ai risultati questi test, si definisce una procedura di verifica della vita a fatica di giunti saldati basata sulla metodologia hot spot.