Fatica e propagazione dei difetti in campo elastoplastico

This thesis focuses on fatigue analysis and crack propagation of a structural component that presents stress concentration areas characterized by high deformation: because of this, the fatigue analysis is performed according to the strain-life approach and crack propagation analysis is carried out under elastoplastic fracture mechanics conditions. The initial phase of the work concerns the finite-element modeling of the component, followed by the application of appropriate boundary conditions. The finite element analysis allows to pass from the load spectrum applied to the overall structure, and related to 200 flight hours, to the corresponding stress-strain history of the critical areas of the component. From the stress-strain histories, using the counting methods, hysteresis cycles are extracted, and their contribution to damage and crack propagation is calculated. At the end, a possible redesign of the part is presented, which allows an improvement of fatigue characteristics.

Il presente lavoro di tesi è incentrato sull’analisi di fatica e di propagazione dei difetti di un componente strutturale che presenta zone di concentrazione di sforzo caratterizzate da elevate deformazioni: a causa di ciò l’analisi di fatica è eseguita secondo l’approccio strain-life e l’analisi di propagazione è effettuata sotto le condizioni di meccanica della frattura elastoplastica. La fase iniziale del lavoro riguarda la modellazione ad elementi finiti del componente considerato, seguita dall’applicazione delle opportune condizioni al contorno. L’analisi ad elementi finiti permette di passare dallo spettro di carico applicato alla struttura globale, e relativo a 200 ore di vita operativa, alla corrispondente storia di sforzo-deformazione delle zone critiche del componente in esame. Dalle storie di sforzo-deformazione, utilizzando i metodi di conteggio, si estraggono i singoli cicli di isteresi che contribuiscono al danneggiamento del componente ed alla propagazione delle cricche. Viene presentata, infine, una possibile riprogettazione del pezzo, che permette un miglioramento delle caratteristiche di fatica.