Fatica dell'acciaio dovuta a carichi ciclici
Alcuni fatti sulla fatica
- Il primo articolo pubblicato sulla fatica risale al 1837
- La fatica causa danni irreversibili; il materiale non può recuperare
- L'acciaio ha un limite teorico di fatica; un carico continuo al di sotto di questo limite non porta a rottura per fatica
- Le tensioni di trazione sono la causa principale della fatica, ma anche i carichi di compressione possono esserne la ragione
- Un intervallo di tensione più ampio porta a una vita utile più breve della struttura
- La temperatura, la rugosità superficiale, le tensioni residue e altri fattori influenzano la vita a fatica
Fasi della fatica
In generale, si distinguono tre fasi:
- Fase uno – Innesco della cricca
Le micro-cricche iniziano a formarsi in corrispondenza di concentrazioni di tensione dovute a geometrie particolari, come i bordi. Quando la larghezza di una rottura supera i 10 μm, si può parlare di cricca.
- Fase due – Crescita delle cricche
La crescita della cricca dipende dall'ampiezza del carico ciclico, dalla tensione media, ma anche da sovraccarichi e sottoccarichi. La crescita della cricca può persino arrestarsi se i carichi sono inferiori a una certa soglia.
- Fase tre – Propagazione della cricca
La propagazione delle cricche si verifica quando le micro-cricche e le tensioni associate raggiungono una certa dimensione. Quando la tensione supera il valore denominato tenacità alla frattura (un modo quantitativo per esprimere la resistenza di un materiale alla frattura fragile in presenza di una cricca), si verificherà la frattura instabile.
Come prevenire la fatica
La fatica può essere ridotta o completamente evitata con adeguate considerazioni ingegneristiche. Per le strutture in acciaio, esistono due metodi principali per prevenire le rotture per fatica.
1. mantenere la tensione al di sotto della soglia del limite di fatica (concetto di vita infinita)
La vita a fatica Nf è il numero di cicli di tensione di un determinato tipo che una struttura sopporta prima che si verifichi la rottura. Per l'acciaio esiste un valore teorico dell'ampiezza di tensione al di sotto del quale il materiale non si rompe per qualsiasi numero di cicli. Questo valore è denominato limite di fatica o limite di resistenza.
Di AndrewDressel su Wikipedia in inglese, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6319461
2. eseguire un'analisi di fatica software sui progetti strutturali
L'analisi software può rivelare le aree in cui la fatica rappresenta un problema. Può aiutare a riprogettare la struttura, ad esempio concentrando le tensioni in punti preferenziali della struttura, modificando le dimensioni e le posizioni dei fori, ecc.
La nostra soluzione
Il primo passo di questo ampio compito è stato compiuto in IDEA StatiCa V21. Consulta questo articolo, in cui è descritta l'analisi secondo EN 1993-1-9.
L'analisi è disponibile accanto agli altri tipi, sotto la barra degli strumenti superiore.
Il tipo di analisi di fatica serve a determinare l'intervallo di tensione normale e tangenziale tra due casi di carico. Le tensioni corrispondono a tensioni nominali e devono essere ulteriormente valutate mediante i metodi di verifica normativa. Si presuppone che venga utilizzato per la progettazione di dettagli a fatica ad alto numero di cicli, in cui non è previsto alcuno snervamento.
Il tipo di analisi di fatica non fornisce alcuna resistenza finale né il numero di cicli che il dettaglio può sopportare. Fornisce semplicemente i dati di input per ulteriori calcoli secondo le normative.
La tensione nominale può essere calcolata per:
- Bulloni – a trazione e a taglio
- Saldature – generate automaticamente in una sezione della piastra adiacente alla saldatura
- Piastre – in sezioni definite dall'utente
La tensione nominale è determinata sottraendo le tensioni del caso di carico di riferimento da un altro caso di carico.
Per un'analisi più approfondita di questo tipo di analisi, visita il nostro Support Center:
Background teorico: tipo di analisi di fatica
Analisi di fatica – Saldature di testa di sezione a I
Questo tipo di analisi è disponibile per i nostri utenti nell'edizione Enhanced .
