Fatigue Analysis of Welds using nCode DesignLife

La fatica è un importante fenomeno meccanico che può portare al degradamento ed alla rottura del materiale. Essa ha mostrato nel corso del ventesimo secolo come trascurarne gli effetti possa portare a tristi catastrofi. Nello specifico, le saldature occupano una posizione di rilievo nell’ambito dello studio della fatica sia per il loro diffuso utilizzo nei più svariati ambiti, sia per le diverse criticità presenti nello studiare la loro vita a fatica dovute agli effetti prodotti dal processo di saldatura. Risulta quindi di estrema importanza sviluppare e verificare metodologie per la previsione della vita a fatica di giunti saldati. Tre casi studio sono stati presi dalla letteratura per validare le previsioni: due giunti a croce ed un giunto testa a testa. Diverse tipologie di modelli ad elementi finiti sono state usate per studiare l’influenza del modello sui risultati. In particolare, è stata indagata la differenza di risultati fra elementi solidi e a shell, fra una mesh più fine ed una più rada e, nel caso di giunto a croce con elementi shell, fra la modellazione della saldatura tramite una o due file di elementi. Il software utilizzato per le analisi è DesignLife. Nello specifico, il metodo Seam Weld, basato su un approccio alle tensioni strutturali, ed il nuovo metodo WholeLife, che incorpora idee della metodologia E-N e di approcci di tipo Crack- Growth, sono stati usati per fare previsioni sulla vita a fatica dei giunti. È stato studiato l’effetto della scelta del numero di layers e della profondità nel calcolo delle tensioni strutturali nel caso tridimensionale. È stata inoltre proposta una nuova stima del parametro chiave di WholeLife (ρ*) basata sulla dimensione del grano medio del materiale che risulta priva dei difetti della stima proposta dagli autori del metodo. Il modello con elementi bidimensionali fornisce risultati migliori nei casi più semplici e con giunti meno spessi, pur rimanendo inferiore alla controparte tridimensionale. Non sembrano esserci differenze apprezzabili tra i modelli ad una o a due file di elementi per i giunti a croce, mentre mesh più rade producono risultati meno conservativi, anche se in range ancora accettabili. Per quanto riguarda l’approccio basato sullo stress strutturale, il parametro legato al numero di layers non sembra incidere molto sui risultati, mentre un’errata scelta della profondità può comportare importanti errori nelle stime e si consiglia in generale di seguire le indicazioni della letteratura al riguardo. La stima di ρ* proposta in questa tesi ha prodotto risultati interessanti e sembrerebbe una possibile alternativa alla formula suggerita dagli autori del metodo, ma servirebbero ulteriori conferme al riguardo. In conclusione, tutti i metodi hanno prodotto interessanti previsioni di vita a fatica anche nel caso in cui le curve dell’Eurocodice non erano applicabili a causa di difetti geometrici del giunto e rappresentano per questo motivo un valido strumento in fase di design. Tuttavia è doveroso precisare come il metodo Seam Weld con modello ad elementi shell possa risultare poco preciso nelle geometrie più spesse e come il modello ad elementi solidi non risulti essere così indipendente dalla finezza della mesh come si vorrebbe. Infine il metodo WholeLife, seppur capace di fornire stime molto affidabili, è molto lento e necessita di input molto precisi, risultando quindi non semplice da calibrare.