Il gradiente implicito nella verifica a fatica di giunzioni saldate sollecitate a fatica

L’incremento delle potenzialità di strumenti per la progettazione assistita (come modellatori solidi e strumenti per FEA in grado di gestire modelli molto complessi) permette di ipotizzare lo sviluppo di strumenti numerici specifici per la previsione della resistenza a fatica delle giunzioni saldate. Tali strumenti potrebbero essere in grado di valutare l’influenza di geometria e carichi senza la necessità di elaborazioni successive, e spesso, del progettista (come nelle tensioni di Hot Spot). Il presente lavoro propone una metodologia di calcolo adatta alla previsione della vita a fatica di giunzioni saldate complesse. Un indice di resistenza è ottenuto innanzitutto risolvendo il problema tensionale completamente in modo numerico (agli elementi finiti) . La previsione della resistenza a fatica, è calcolata facendo uso di un modello analitico basato sul gradiente implicito che assume come tensione efficace la tensione equivalente non locale derivante dalla tensione principale. Dapprima verrà tarato il metodo su prove sperimentali eseguite su giunzioni saldate a croce, successivamente il metodo verrà utilizzato per la verifica a fatica di giunzioni saldate più complesse a sviluppo tridimensionale

A brittle fracture criterion for PMMA V-notches tensile specimens based on a length-enriched eXtended Finite Element approach

A criterion for the prediction of the static failure loads in tensile PMMA specimens with sharp notches is presented. The proposed criterion is based on a regularized version of the eXtended Finite Element Method (XFEM), which has been previously applied to concrete-like materials. The main feature of the proposed approach is that the cracking process is not treated as a local process, but it is modeled by assuming that macro-cracks stem from the interaction of micro-cracks within a finite width process zone. The case of a brittle materials with thin process zone is tackled by assuming one layer of enriched finite elements. Preliminary results concerning PMMA specimens subjected to mode-one loading are presented

Geometrical size effect in high cycle fatigue strength of heavy-walled Ductile Cast Iron GJS400: Weakest link vs. defect-based approach

Fatigue strength is known to decrease with increasing dimension of the component. This is due to a technological size effect, related to the production process, and to a geometrical size effect, due to a higher probability of finding a large defect. To investigate the latter, an heavy-walled component made of Ductile Cast Iron (DCI) has been trepanned and a fatigue test plan has been carried out using 4 different specimen geometries. An attempt has been made to relate the resulting fatigue strength using a weakest-link approach based on the effective volumes and surfaces. This approach seems to work well only in cases of different specimen's lengths. Some of the fracture surfaces were analyzed by means of SEM and the initiating defects were identified and measured. An approach in which the defects population can be randomly distributed in the specimen has been tried. Virtual fatigue tests have been carried out by considering pure propagation of the worst defect. The resulting fatigue curves showed that this approach is promising but needs further description of the initiation phase

On the notch sensitivity of cast iron under multi-axial fatigue loading

This work deals with the notch sensitivity of sharp notches under multi-axial fatigue loading. The main discussion concerns the differences in notch sensitivity at high cycle fatigue regime, between tensile, torsional and combined loading. For this comparison, this paper considers a large set of fatigue experimental tests and several computing simulations analyzed with several notch theories for predicting fatigue life of a component. The considered experimental data, taken from literature, deal with the fatigue behavior of cast iron circumferentially V-notched specimens under tension, torsion, and combined loading mode. This paper tries toapply several techniques for theoretical strength assessment and to compare different procedures. The examined procedures need the computation of many parameters, focusing on the importance of using the tensile resistance to set these parameters or using both tensile and torsion resistances. However, the improvements obtained by means of the more complex procedures are not noteworthy, compared to the overall scatter. In author's opinion, the differences in notch sensitivity under tensile and torsional loading remain questionable

a preliminary investigation of strength models for degenerate graphite clusters in grey cast iron

Abstract Defects morphology primarily affects the mechanical properties of grey cast iron. In large castings, porosity and clusters of degenerate graphite are heterogeneously dispersed into the ferrous matrix and serve as initiation sites for fatigue and fracture processes. Strength and toughness of nodular cast iron compare to many grades of steel but experiments show that nodular cast iron also exhibits some specific effects, different from those typical of steels and due to cast iron microstructural inhomogeneity. In the present communication, we report on a preliminary investigation aimed at correlating the effect of the graphite microstructure to the mechanical properties of the material via a simplified geometrical description of the defects

Sulla stima della vita a fatica di giunti saldati soggetti a carichi multiassiali ad ampiezza variabile

Nel presente articolo viene proposta una nuova metodologia di progettazione a fatica, basata sull’utilizzo del metodo delle Curve di Wöhler Modificate, per la previsione della vita a fatica di giunzioni saldate, sia in acciaio che in alluminio, soggette a carichi multiassiali ad ampiezza variabile. In particolare, il criterio delle Curve di Wöhler Modificate è stato applicato determinando l’orientazione del piano critico mediante il Metodo della Massima Varianza, ovvero definendo il piano critico come quello contenente la direzione che sperimenta la massima varianza della tensione tangenziale risolta. L’accuratezza della metodologia di progettazione a fatica proposta nella presente memoria è stata valutata mediante due serie di dati sperimentali di letteratura ottenute sollecitando, sia ad ampiezza costante che variabile, giunti saldati tubo-piastra in acciaio e lega di alluminio con carichi di flesso/torsione in fase e sfasati di 90°. Il criterio delle Curve di Wöhler Modificate, applicato in concomitanza con il Metodo della Massima varianza, si è dimostrato capace di fornisce stime accurate della durata a fatica anche in presenza di sollecitazioni multiassiali ad ampiezza variabile, e questo sia quando applicato in termini di tensioni nominali che in termini di tensioni di “hot-spot”

Previsione della resistenza a fatica in saldature per punti attraverso modellazione solida

Nel presente lavoro vengono messi a confronto due metodi idonei per la verifica di giunzionisaldate per punti: il metodo del raggio di raccordo fittizio ed il metodo del gradiente implicito. Il primo imponeun raggio di raccordo diverso da zero al piede o alla radice del cordone di saldatura, il secondo, invece,considera più semplicemente la saldatura come un intaglio acuto. Il confronto è fatto sulla capacità di prevederel’affidabilità di giunti saldati per punti in acciaio aventi spessore variabile da 0.8 a 1.5 mm. Tali giunti sonosollecitati a taglio (giunti a semplice sovrapposizione) o a trazione (giunti a tazza). Infine, è discussa lacondizione di convergenza delle analisi numeriche necessarie, in entrambi i metodi, per il calcolo di una tensioneequivalente da porre a confronto direttamente con la di resistenza a fatica del materiale

Editorial

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Il gradiente implicito nella verifica a fatica di giunzioni saldate sollecitate a fatica

L’incremento delle potenzialità di strumenti per la progettazione assistita (come modellatori solidi e strumenti per FEA in grado di gestire modelli molto complessi) permette di ipotizzare lo sviluppo di strumenti numerici specifici per la previsione della resistenza a fatica delle giunzioni saldate. Tali strumenti potrebbero essere in grado di valutare l’influenza di geometria e carichi senza la necessità di elaborazioni successive, e spesso, del progettista (come nelle tensioni di Hot Spot). Il presente lavoro propone una metodologia di calcolo adatta alla previsione della vita a fatica di giunzioni saldate complesse. Un indice di resistenza è ottenuto innanzitutto risolvendo il problema tensionale completamente in modo numerico (agli elementi finiti) . La previsione della resistenza a fatica, è calcolata facendo uso di un modello analitico basato sul gradiente implicito che assume come tensione efficace la tensione equivalente non locale derivante dalla tensione principale. Dapprima verrà tarato il metodo su prove sperimentali eseguite su giunzioni saldate a croce, successivamente il metodo verrà utilizzato per la verifica a fatica di giunzioni saldate più complesse a sviluppo tridimensionale