Damage tolerance design of a nodular cast iron

The implementation of a damage tolerance design methodology for a component requires the application of fracture mechanics principles from a potentially critical crack detection perspective. The fatigue limits of the material with and without defects and the fatigue crack growth threshold for long cracks must be evaluated for the formulation of the complete model. The main purpose of the present thesis is to develop a reliable tool capable of rapidly predicting the fatigue limit of a nodular cast iron for different initial defect sizes and stress ratios. This can be achieved through the description of the cyclic R-curve and the estimate of the corresponding Kitagawa–Takahashi diagram in a damage tolerance design philosophy. The main advantages of this method compared to traditional time-consuming ones for the estimation of fatigue limit are the reduction of the number of tested specimens and the testing time. The method developed for this nodular cast iron can eventually be extended to other materials.

L'implementazione di una metodologia di progettazione damage tolerance per un componente richiede l'applicazione dei principi della meccanica della frattura secondo una prospettiva di rilevamento di cricche potenzialmente critiche. I limiti di fatica del materiale con e senza difetti e la soglia di propagazione di cricche di fatica per cricche lunghe devono essere valutati per la formulazione del modello completo. Lo scopo principale della presente tesi è quello di sviluppare uno strumento affidabile in grado di stimare rapidamente il limite di fatica di una ghisa sferoidale per diverse dimensioni iniziali dei difetti e rapporti di ciclo. Ciò può essere ottenuto attraverso la descrizione della curva R ciclica e la stima del corrispondente diagramma di Kitagawa–Takahashi in una filosofia di progettazione damage tolerance. I principali vantaggi di questo metodo rispetto a quelli tradizionali per la stima del limite di fatica, dispendiosi in termini di tempo, sono la riduzione del numero di provini testati e del tempo di prova. Il metodo sviluppato per questa ghisa sferoidale può infine essere esteso ad altri materiali.