Fatica dell'acciaio dovuta a carichi ciclici
Alcuni fatti sulla fatica
- Il primo articolo pubblicato sulla fatica risale al 1837.
- La fatica provoca danni irreversibili; il materiale non può riprendersi.
- L'acciaio ha un limite teorico di fatica; un carico continuo al di sotto di questo limite non porta al cedimento per fatica
- Le sollecitazioni di trazione causano principalmente la fatica, ma anche i carichi di compressione possono esserne la causa.
- Una gamma di sollecitazioni più ampia porta a una vita più breve della struttura
- La temperatura, la rugosità della superficie, le tensioni residue e altri fattori influenzano la vita a fatica.
Fasi di fatica
In generale, si distinguono tre fasi:
- Primo stadio - Inizio della cricca
Le microcricche iniziano a formarsi intorno a formazioni geometriche che concentrano le sollecitazioni, come i bordi. Quando la larghezza di una rottura supera i 10 μm, si può parlare di cricca.
- Secondo stadio - Aumento delle cricche
L'aumento delle cricche dipende dall'intervallo di carico ciclico, dalla sollecitazione media, ma anche da sovraccarichi e sottocarichi. La crescita delle cricche può anche arrestarsi se i carichi sono inferiori a una certa soglia.
- Terzo stadio - Propagazione delle cricche
La propagazione delle cricche avviene quando le microcricche e le relative sollecitazioni raggiungono una certa dimensione. Quando le sollecitazioni superano il valore chiamato tenacità alla frattura (un modo quantitativo di esprimere la resistenza di un materiale alla frattura fragile in presenza di una cricca), si verifica una frattura insostenibile.
Come prevenire la fatica
La fatica può essere ridotta o del tutto evitata con opportune considerazioni ingegneristiche. Per le strutture in acciaio, esistono due modi principali per prevenire i cedimenti da fatica.
1. Mantenere le sollecitazioni al di sotto della soglia del limite di fatica (concetto di durata infinita).
La vita a fatica Nf è il numero di cicli di sollecitazione di un determinato carattere che una struttura sopporta prima che si verifichi un cedimento. Per l'acciaio, esiste un valore teorico per l'ampiezza delle sollecitazioni al di sotto del quale il materiale non cede per nessun numero di cicli. Questo valore è chiamato limite di fatica o limite di resistenza.
Da Andrew Dressel su Wikipedia inglese, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6319461
2. Esecuzione di un'analisi di fatica software su progetti di strutture
L'analisi software può rivelare le aree in cui la fatica è un problema. Può aiutare a riprogettare la struttura, ad esempio a concentrare le sollecitazioni in punti preferibili della struttura, a modificare le dimensioni e le posizioni dei fori, ecc.
La nostra soluzione
Il primo passo di questo ampio lavoro è stato fatto con IDEA StatiCa V21. Consultate questo articolo, in cui viene descritta l'analisi secondo la norma EN 1993-1-9.
L'analisi si trova accanto agli altri tipi di analisi sotto il nastro superiore.
Il tipo di analisi a fatica serve a determinare l'intervallo di sollecitazioni normali e di taglio tra due casi di carico. Le sollecitazioni corrispondono a quelle nominali e devono essere ulteriormente valutate con i metodi di progettazione del codice. Si presume che venga utilizzata per la progettazione di dettagli ad alto ciclo di fatica, dove non si prevede lo snervamento.
Il tipo di analisi a fatica non fornisce alcuna resistenza finale o numero di cicli che il particolare può sopportare. Fornisce solo gli input per ulteriori calcoli secondo i codici.
La sollecitazione nominale può essere calcolata per:
- Bulloni - in trazione e taglio
- Saldature - generate automaticamente in una sezione di piastra accanto alla saldatura
- Piastre - in sezioni definite dall'utente
La sollecitazione nominale viene determinata sottraendo le sollecitazioni del caso di carico di riferimento da un altro caso di carico.
Per approfondire questo tipo di analisi, visitate il nostro Centro di supporto:
Background teorico: Tipo di analisi a fatica
Analisi di fatica - Saldature di testa di sezioni a I
Questo tipo di analisi è disponibile per i nostri utenti nell'edizione Enhanced .
