Issue 9

An. Carpinteri et alii, Frattura ed Integrità Strutturale, 9 (2009) 46 - 54; DOI: 10.3221/IGF-ESIS.09.05 46 Fatigue life estimation in welded joints under multiaxial loadings Andrea Carpinteri, Andrea Spagnoli, Sabrina Vantadori University of Parma, Department of Civil and Environmental Engineering and Architecture, Via G.P. Usberti 181/A, 43100 Parma, Italy; andrea.carpinteri@unipr.it R IASSUNTO . Le giunzioni saldate sono frequentemente zone di innesco di fessure che possono poi provocare la crisi per fatica dell’intera struttura. Stati tensionali e deformativi biassiali o triassiali sono presenti in prossimità delle giunzioni saldate a causa della concentrazione indotta dalla geometria della giunzione stessa, dal processo di saldatura e/o dalla presenza di carichi multiassiali. La determinazione della vita a fatica di giunzioni saldate in presenza di carichi multiassiali ciclici proporzionali può essere eseguita adottando criteri locali basati su ipotesi convenzionali (Criterio di Mises o Criterio di Tresca). In presenza di carichi ciclici multiassiali non proporzionali, invece, è stato osservato sperimentalmente che, valutando la vita a fatica attraverso ipotesi convenzionali, si giunge a previsioni che non sono a favore di sicurezza. Un criterio è stato proposto dagli autori per determinare la vita a fatica di componenti strutturali soggetti a stati tensionali multiassiali. Il criterio è stato inizialmente sviluppato per i componenti lisci e intagliati e poi esteso, con opportune modifiche, ai componenti saldati. La determinazione della vita a fatica viene eseguita considerando una funzione quadratica in cui compaiono l'ampiezza della componente tangenziale di tensione (agente sul piano critico) e l’ampiezza e il valore medio della componente normale di tensione (agente sul piano critico). Scopo di questo lavoro è il confronto tra la previsione della vita a fatica ottenuta mediante il presente criterio in termini di tensioni nominali e la vita a fatica sperimentale per dati relativi a prove biassiali di fatica reperibili in letteratura. A BSTRACT . Welded joints are frequently locations for cracks initiation and propagation that may cause fatigue failure of engineering structures. Biaxial or triaxial stress-strain states are present in the vicinity of welded joints, due to local geometrical constraints, welding processes and/or multiaxial external loadings. Fatigue life evaluation of welded joints under multiaxial proportional (in-phase) cyclic loading can be performed by using conventional hypotheses (e.g. see the von Mises criterion or the Tresca criterion) on the basis of local approaches. On the contrary, the fatigue life predictions of welded joints under non-proportional (out-of- phase) cyclic loading are generally unsafe if these conventional hypotheses are used. A criterion initially proposed by the authors for smooth and notched structural components has been extended to the fatigue assessment of welded joints. In more detail, fatigue life of welded joints under multiaxial stress states can be evaluated by considering a nonlinear combination of the shear stress amplitude (acting on the critical plane) and the amplitude and the mean value of the normal stress (acting on the critical plane). In the present paper, fatigue lifetimes predicted through the proposed criterion are compared with experimental fatigue life data available in the literature, related to fatigue biaxial tests. K EYWORDS . Welded joints; nominal stresses; lifetime prediction; critical plane approach I NTRODUCTION etallic structural components are very often jointed together by welds, and such joints are frequently critical locations for fatigue failures. That has yielded a wealth of research studies aiming at predicting the fatigue strength of welded joints. M