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Multiscale three-dimensional stress analysis of voids clusters for the modelling of degenerated graphite in cast iron
No full textWe propose a multiscale three-dimensional model for the stress analysis of a cluster of degenerated graphite in spheroidal cast iron. The model allows to study the effect of graphite microstructure on the average stress distribution inside the cluster. At the microscale, precipitates of degenerated graphite are modelled as spheroidal voids. At the mesoscale, clusters of degenerated graphite are viewed as spheroidal inclusions made of equivalent porous elastic material. The equivalent elastic properties of the porous material are calculated using an approach proposed by Tandon and Weng and based on Eshelby's equivalent principle and the Mori-Tanaka's estimate. FE simulations at the microscale and at the mesoscale are performed in order to numerically validate the multiscale model
Numerical Analysis of Double Riveted Lap Joints
No full textIn a previous work, the fatigue behaviour of different hot riveted joints under fatigue loadings were experimentally calculated. In particular, the experimental data showed a Wöhler curve slope close to five against the slope of three proposed by Eurocode 3. However, two series of shear splice riveted joints showed, at two million cycles, a stress range very close to the value suggested by Eurocode for shear splices that use non-preloaded high-strength bolts. In order to clarify the fatigue behaviour of riveted joints at high- and medium-fatigue regimes, this paper presents a preliminary three-dimensional non-linear FE analysis of a double-riveted lap joint previously analysed experimentally. Different friction coefficients and rivet clamping stress have been taken Into account, as well as the elastoplastic behaviours of the main plate subjected to tensile loadings. The numerical analysis shows that the friction force tends to reduce the range of stresses at the net section during fatigue loadings, and the force distribution or the stress concentration on the rivets is always critical for the external rivet, which is also the case regarding the non-linear behaviour of the material
Different Solutions for Stress and Strain Fields in Autofrettaged Thick-Walled Cylinders
No full textIn the first part of the paper we will present an analytical solution to the plastic stress and strain distribution induced by a single over-pressure cycle in a cylindrical vessel. The solution is valid for materials which, during the loading phase, can be described by a linear hardening law as well as by the modified Ramberg-Osgood law. We will clarify the conditions for which the stress field expressions can be simplified, thus facilitating a parametric analysis of their increase with respect to the values one would obtain when considering an ideal elastic-perfectly plastic behaviour of the material. In the second part of the paper, residual stress fields will be numerically evaluated, taking into account, during the unloading phase, both the variability of the stress flow and the Bauschinger effect factor as a function of pre-strains
Notch stress intensity factors and fatigue strength of aluminium and steel welded joints
No full textAccording to a recent and appropriate definition, stress held parameters, namely notch stress intensity factors (N-SIFs), can be used to predict the fatigue behaviour of mechanical components weakened by V-shaped re-entrant corners, where the singularity in the stress distribution makes any failure criterion based on elastic peak stress no longer applicable. Commonly thought of as parameters able to control the fatigue crack initiation life, N-SIFs are, under certain circumstances, also useful for predicting the component total fatigue life. The fatigue strength of aluminium welded joints with different geometries and thicknesses are summarised in a single scatter band by using an N-SIF-based approach. The statistical analysis is carried out taking into account experimental data already reported in the literature, referring to welded joints with a thickness ranging from 3 to 24 mm. Results of steel and aluminium welded joints are then compared: at high number fatigue rife, the relative fatigue strength is slightly greater than 2, in agreement with the value previously reported in the literature for butt spliced bolted joints. The value of the theoretical exponent quantifying the scale effect (0.326 against 0.25 suggested by Eurocodes) is discussed
Sulla propagazione di cricche semiellittiche in piastre soggette a gradienti di tensione nello spessore
No full textVengono presi in esame difetti semi-ellittici e viene discussa l’influenza che hanno il gradiente di tensione e il rapporto iniziale a/c fra i due semiassi sulla loro propagazione in presenza di sollecitazioni cicliche. Vengo presentate due nuove espressioni analitiche del fattore di intensificazione delle tensioni KI, determinato tramite l’uso delle funzioni peso. E’ stato evidenziato quando e in quale misura un calcolo semplificato di vita residua effettuato mantenendo costante il rapporto a/c fra i due semiassi è in vantaggio di sicurezza nelle stime di vita residua rispetto ad una metodologia capace di considerare l’evoluzione di a/c con il progredire del difetto
Alcune proprietà di J-integral nel caso di intagli laterali raccordati
No full textCon riferimento agli intagli laterali a V sollecitati a modo I, si propone un nuovo metodo per il calcolo del coefficiente di concentrazione delle tensioni a partire dal corrispondente fattore di intensificazione delle tensioni (Notch Stress Intensity Factor o N-SIF). Il metodo si basa sull’integrale J di Rice applicato agli intagli aperti a spigolo vivo oppure raccordati all’apice. La definizione di un nuovo operatore, che risulta invariante rispetto al raggio di integrazione, permette di correlare gli intagli raccordati con quelli a spigolo vivo. L’approccio proposto risulta efficiente specialmente per gli intagli ad U, per i quali è raggiunta una precisione di calcolo superiore a quella di altri metodi presenti in letteratura, in quanto qui viene considerata sia la dimensione relativa del raggio di raccordo rispetto alla profondità dell’intaglio e sia il profilo rettilineo dell’intaglio al di fuori del punto di tangenza
Dimensione della zona plastica al piede dei cordoni in giunti saldati in acciaio e lega leggera
No full textSi prende in esame il comportamento a fatica di unioni saldate, in acciaio e in lega di alluminio, la cui vita varia fra 104 e 5106 cicli. Per i giunti in acciaio si evidenzia la possibilità di distinguere il comportamento a fatica in funzione del valore che assume il rapporto fra la dimensione della zona plastica e lo spessore del giunto, indipendentemente sia dal tipo di sollecitazione, trazione o flessione, sia dalla geometria del giunto. Per i giunti in alluminio la sintesi si può effettuare direttamente in funzione del solo raggio plastico ciclico: i dati di resistenza a fatica di giunti con differenti angoli di apertura e spessore variabile da 2.5 a 25 mm ricadono infatti tutti all’interno di un’unica banda di ampiezza contenuta. Infine, allo scopo di ricercare deliberatamente un denominatore comune fra le unioni realizzate in acciaio e in lega leggera, una unica banda di dispersione viene individuata in funzione del rapporto fra il raggio plastico ciclico e lo spessore dei giunt
Calcolo di J-integral in presenza di raggi di fondo intaglio non nulli
No full textIl lavoro mette in luce alcune proprietà dell’integrale J di Rice applicato agli intagli a V raccordati, sollecitati secondo modo I e nell’ipotesi che il materiale abbia un comportamento lineare elastico. Il calcolo di J viene affrontato per via numerica e analitica. La soluzione analitica ha richiesto un accurato studio dell’andamento della tensione principale lungo il bordo libero dell’intaglio. Quando il rapporto fra la profondità dell’intaglio ed il raggio di raccordo tende ad infinito tale tensione, vista dal centro di curvatura, tende ad una distribuzione di tipo cosinusoidale.
Vengono poi discusse le analogie presenti con gli intagli a V e a U non raccordati evidenziando, in particolare, come al di fuori della zona di raccordo sia possibile definire un operatore che è invariante rispetto al raggio di integrazione e, di fatto, coincidente con quello caratteristico di un intaglio a spigolo vivo della stessa profondità
Alcune correlazioni tra dimensione della zona plastica e resistenza a fatica delle unioni saldate
No full textNel presente lavoro viene calcolata la dimensione della zona plastica ciclica a piede cordone per giunzioni saldate aventi vita a fatica variabile fra 105 e 5106 cicli. Il raggio plastico è calcolato lungo la direzione ortogonale alla superficie del piatto principale. Verrà evidenziata la possibilità di distinguere il comportamento a fatica in funzione del valore che assume il rapporto fra la dimensione della zona plastica e lo spessore del giunto, indipendentemente dal tipo di sollecitazione, trazione o flessione, e della geometria del giunto
Utilizzo del parametro JV per la resistenza a fatica di giunti saldati
No full textIn the present work, an exemplified method is proposed for the fatigue assessments of arc welded joints made of steel or aluminum alloy. The fatigue calculation takes into account the JV parameter evaluated at weld bead. On the basis of the characteristic radius ρ*, related to the material, JV is numerically evaluated as an line integral of strain energy density along two consecutive segments located at the point of interest. The method is also applicable to complex welds. Some example are presented for the estimation of the fatigue behavior of welded joints subjected to nominal tensile loading, bending or torsion
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