Issue 9

L. Susmel et alii, Frattura ed Integrità Strutturale, 9 (2009) 125 - 134; DOI: 10.3221/IGF-ESIS.09.13 126 I NTRODUZIONE e strutture saldate sono spesso soggette in esercizio a stati di sollecitazione e/o deformazione multiassiali, responsabili di un danneggiamento in prossimità del cordone di saldatura. Fin dalla metà del secolo scorso un'intensa attività di ricerca si è specificatamente rivolta alla formulazione di criteri di calcolo, basati sull'utilizzo di tensioni nominali, strutturali o locali [1-3] , applicabili a giunti saldati soggetti a sollecitazioni multiassiali ad ampiezza costante. Tuttavia, esistono solo alcuni approcci specificatamente formalizzati per stimare la resistenza a fatica di giunzioni saldate soggette a sollecitazioni multiassiali ad ampiezza variabile [4-7] . Riguardo a questo aspetto, è interessante notare che, per sollecitazioni ad ampiezza variabile, alcune normative propongono procedure di calcolo essenzialmente basate sulla combinazione di tensioni normali e tangenziali, e sull'applicazione dell'ipotesi di Palmgren-Miner, lasciando tuttavia aperta la necessità di una sistematica indagine e verifica sperimentale [8-10]. Vista l'importanza di sviluppare metodologie di calcolo efficienti ed accurate utilizzabili nella pratica progettuale per valutare la resistenza a fatica di giunzioni saldate, questo lavoro intende proporre un approccio di piano critico basato sull'uso delle Curve di Wöhler Modificate (CWM) [11-14] applicabile a sollecitazioni multiassiali ad ampiezza variabile. In particolare, l'approccio proposto utilizza congiuntamente il metodo delle CWM ed il Metodo della Massima Varianza (MMV) [15, 16] , per stimare la vita a fatica post-processando lo stato di sollecitazione agente sul piano critico, dove la tensione tangenziale viene risolta lungo la sua direzione di massima varianza. L’aspetto più interessante dell'approccio proposto è la possibilità di applicare i metodi di conteggio convenzionali alla tensione tangenziale risolta sulla direzione di massima varianza, estendendo di fatto l'applicabilità dei metodi di calcolo uniassiali a stati multiassiali di tensione. E' importante, infine, evidenziare come l'accuratezza del metodo discusso nel presente articolo è stata verificata considerando dati sperimentali relativi a giunti saldati tubo-piastra in acciaio e lega di alluminio, soggetti ad uno spettro di carico di flesso-torsione in fase ed in quadratura. M ETODO DELLE CURVE DI W ÖHLER MODIFICATE el metodo delle CWM si assume che la probabilità di nucleazione della cricca di fatica sia massima sul piano dove è massima la variazione della tensione tangenziale, Δτ. La complessità dello stato di sollecitazione sul piano critico è poi quantificata combinando la variazione della tensione tangenziale, Δτ, e normale, Δσ n , tramite il seguente indice [11, 12] :    n w , (1) che risulta essere unitario per sollecitazioni monoassiali con R=-1, mentre è uguale a zero per sollecitazioni di torsione alterna. Il parametro ρ w , inoltre, è correlato al livello di non-proporzionalità della sollecitazione applicata, mentre il suo valore non dipende dalla presenza di tensioni medie non nulle, e questo in accordo con quanto suggerito dalle procedure proposte nelle normative vigenti per giunti non trattati termicamente [8-10]. La stima della vita a fatica in accordo con il metodo delle CWM è illustrata nel diagramma di Wöhler modificato di Fig. 1a , che riporta le rette che forniscono il numero di cicli a rottura, N f , in funzione della variazione della tensione tangenziale, Δτ, per differenti valori di ρ w . In particolare, al diminuire di ρ w , le rette traslano verso l'alto, indicando una diminuzione del danno a fatica. In altri termini, il metodo delle CWM assume che, per un dato materiale, il danneggiamento a fatica dipenda esclusivamente dai valori di Δτ e  w , indipendentemente dalla complessità del percorso di carico individuato sul piano critico. Ogni curva di Wöhler è poi caratterizzata dalla sua pendenza inversa, k τ , e dall'ampiezza di riferimento,  A,Ref , estrapolata a N A cicli a rottura (in accordo con le vigenti normative [8-10], si assume N A =2·10 6 cicli a rottura). Il diagramma di Wöhler modificato di Fig. 1 permette il calcolo della vita a fatica una volta stimate su base sperimentale le correlazioni fra  A,Ref e ρ w e quella fra k τ e ρ w . In particolare, adottando una semplice dipendenza lineare è possibile calcolare le costanti sulla base delle curve a fatica a trazione (ρ w =1) e a torsione (ρ w =0) alterne [11, 12] :     0 w 0 w k kk k      per lim,w w  L N