Numerical and experimental investigation on the cold-formed profiles for the fatigue behavior characterization

Due to constantly increasing demand, the logistic systems nowadays are under the highest pressure it has ever been. Thus, all the components of those systems are facing loads they have never experienced before, and sometimes that they have not been designed to withstand to. One of the systems that suffers from it is the rail systems in the warehouses, and it will be the focus of this thesis. Rack structures of the warehouses, its details to be precise, are composed from the thin-walled cold-formed steels and are subjected to the cyclic loads. In the current normative documents, such as Eurocode 3, neither design procedures nor design tools and methods are presented to help the engineers to verify durability and ensure safety of the structures. FASTCOLD project, under which supervision this thesis was carried out, is aiming to provide these rules and regulations, so in the future all of the steel structures disregarding whether it was made from the cold-formed or hot-rolled, thin- or thick-walled sections, could be designed to withstand the cyclic load, and thus be evaluated according to the fatigue phenomena. Within this study experimental results were combined with the analytical and numerical solutions for the sections of the Omega and Z-rail details in order to obtain the S-N curves. S-N curves are the diagrams that allow to estimate the fatigue strength of the details, and thus take it into account during the design.

A causa della domanda economica in costante aumento, i sistemi logistici al giorno d'oggi sono sempre più sottoposti a cicli di carico ingenti sia in termini di frequenza che di entità. Pertanto, i componenti strutturali di questi sistemi sono frequentemente soggetti a carichi ciclici e dinamici per i quali non sono stati progettati a resistere, esponendo questi ultimi al danno per fatica. La tesi tratterà come caso studio alcuni dei profili le cui sezioni sono tipicamente utilizzate in magazzini automatizzati per la logistica. Le strutture a scaffalatura dei magazzini logistici sono composte da profili sottili in acciaio formati a freddo. Questi elementi sono caratterizzati sia da eccellenti prestazioni meccaniche che da un’elevata leggerezza. Attualmente, le normative vigenti non forniscono criteri, procedure o metodologie di progettazione a supporto degli ingegneri a verifica del comportamento a lungo termine e per la sicurezza in esercizio delle strutture per i fenomeni di fatica. La seguente tesi viene sviluppata all’interno del progetto europeo FASTCOLD che mira a fornire delle linee guida per la progettazione pratica dei profili formati a freddo soggetti a fenomeni di fatica. All'interno di questo studio verranno illustrati i risultati delle prove sperimentali e i modelli numerici utilizzati per la definizione della categoria di fatica del dettaglio strutturale (curve S-N) per due particolari sezioni tipicamente utilizzate come profili e rotaie nei sistemi di scaffalatura. La definizione delle suddette curve permetterà una stima in fase progettuale della resistenza a fatica dei dettagli, indagandone il comportamento a lungo termine al variare del numero di cicli e della variazione di tensione.