An Investigation on Fatigue Damage: Numerical Approaches and Experimental Validation

In questo lavoro viene affrontato il problema della valutazione della risposta e della capacità di un particolare strutturale navale nei confronti del collasso a fatica. La memoria si articola essenzialmente su tre punti fondamentali: la valutazione per via numerica della risposta tenso-deformativa della struttura, l’interpretazione delle risultanze sperimentali volte alle validazione della metodologia numerica proposta ed infine la definizione di una metodologia per la generazione di curve di capacità a fatica. Nel complesso questo lavoro presenta un percorso per effettuare, in maniera snella, indagini di resistenza a fatica su elementi strutturali tipici dello scafo di una nave. È importante osservare infatti che la valutazione per via sperimentale della risposta e della capacità a fatica dei particolari strutturali costituisce un procedimento che richiede un notevole impiego di risorse e l’effettuazione di prove spesso di lunga durata. L’analisi numerica si propone perciò come un’alternativa pratica ed economica, soprattutto quando devono essere vagliate soluzioni alternative nelle fasi preliminari di un progetto. Il lavoro affronta innanzitutto il problema della valutazione delle tensioni reali (notch stress) nei “punti caldi” di una struttura, proponendo un criterio per una modellazione efficace agli Elementi Finiti, tale cioè da coniugare affidabilità ed accuratezza con snellezza e flessibilità. La validità del percorso proposto viene confermata attraverso il confronto con i risultati – in termini di tensioni – ottenuti da differenti modelli numerici e da prove condotte in laboratorio. Sulla base del procedimento esposto, ed utilizzando opportune curve di capacità, si è quindi in grado di calcolare la vita a fatica di un particolare strutturale. Successivamente viene illustrato un procedimento per l’interpretazione dei risultati di prove sperimentali a fatica. I dati raccolti dalle prove devono essere infatti opportunamente decodificati per poter rilevare con precisione i mutamenti che si verificano all’interno della struttura, ossia l’inizio di una cricca per fatica e il successivo raggiungimento della lunghezza critica. Quest’operazione viene esposta, con riferimento al caso reale di prove condotte su un particolare strutturale riprodotto in grande scala, mettendo in rilievo le modalità con cui le registrazioni sperimentali indicano il procedere delle cricche di fatica, anche in presenza di effetti legati a tensioni residue di saldatura. Infine la memoria espone una metodologia originale per la generazione di curve di capacità a fatica a partire da un numero limitato di prove di laboratorio.