Il limite di fatica corretto sulla resistenza costante σ e o τ e della connessione bullonata è determinato per il tipo selezionato, la progettazione, il materiale e il caricamento del giunto a partire dalla formula:
σ e = σ' e k a k b k c k d k e k f [MPa, psi]
dove:
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σ' e |
Limite di fatica di base di una barra di prova dal materiale selezionato [MPa, psi]. |
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k a |
Fattore di superficie [-]. |
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k b |
Fattore di dimensione [-]. |
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k c |
Fattore di affidabilità [-]. |
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k d |
Fattore di temperatura di funzionamento [-]. |
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k e |
Fattore modificato di concentrazione di sollecitazione [-]. |
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k f |
Fattore degli effetti vari [-]. |
1. Limite di fatica di base σ' e
Se non si dispone dei risultati delle verifiche del materiale selezionato per il giunto saldato e non si è a conoscenza del valore esatto del limite di fatica di base, è possibile stimarne il valore. Il calcolo progetta il limite di fatica di base utilizzando le formule empiriche seguenti:
σ' e ≈ 0,5 S U - Per la flessione invertita
σ' e ≈ 0,4 S U - Per la trazione - pressione invertita
σ' e ≈ 0,28 S U - Per la torsione (taglio) invertita
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S u |
Resistenza massima a trazione [MPa, psi] |
2. Fattore di superficie k a
Per descrivere la dipendenza del limite di fatica sulla qualità della superficie, occorre considerare che la resistenza a fatica della parte caricata a fatica aumenta con il miglioramento della qualità della superficie. Questo effetto risulta più evidente nei materiali di alta qualità. Utilizzare curve sperimentali per descrivere l'effetto della qualità della superficie sul limite di fatica in base alla resistenza del materiale e per la superficie lavorata in vari modi.
La curva seguente per giunti saldati di qualità standard viene utilizzata per determinare il fattore ka.
3. Fattore di superficie k b
Le dimensioni del giunto non influiscono sulla resistenza a fatica sui giunti saldati caricati mediante trazione - pressione invertita. Di conseguenza, il fattore di dimensione per questo tipo di caricamento è k b = 1.
Quando il giunto viene caricato mediante flessione o torsione (taglio) invertiti, la dimensione del giunto può venire notevolmente influenzata dalla resistenza a fatica. La resistenza diminuisce quando aumentano le quote del giunto.
È possibile determinare la relazione esatta tra le dimensioni della saldatura e la resistenza a fatica del giunto solo mediante complesse verifiche sperimentali della fatica del giunto saldato specificato. Dato che questa pratica sarebbe in realtà impossibile, è stata messa a punto una procedura teorica semplificata. La procedura deriva dalle verifiche sperimentali della fatica eseguite sulle barre di prova uniformi dei diversi diametri. Questa procedura esegue una stima delle dimensioni approssimative del fattore k b in base alla teoria che il diametro comparativo virtuale corrispondente della barra di prova può essere assegnato per la sezione di saldatura specifica.
Di seguito vengono presentate le formule di calcolo per la determinare il fattore k b .
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- Unità inglesi |
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- Unità metriche |
seguendo le formule seguenti:
k b ≥ 0.6
k b = 1 per
dove per il calcolo del diametro comparativo virtuale viene utilizzata una formula:
4. Fattore di affidabilità k c
Questo fattore mostra l'influenza dell'affidabilità del giunto richiesta durante il funzionamento sul valore della resistenza a fatica. L'intervallo del valore del fattore deve essere compreso nell'intervallo<0,5 ... 1> e il fattore viene ridotto quando aumenta la richiesta di affidabilità. Il valore k c = 1 corrisponde al 50 % di affidabilità, cioè al 50 % di probabilità che un errore si verifichi in un giunto saldato caricato con un caricamento a fatica specifico.
Durante le procedure meccaniche standard, l'affidabilità delle parti meccaniche è solitamente del 95 %. Se un errore del giunto può causare danni a persone o notevoli perdite finanziarie, il giunto saldato deve essere progettato con un livello di affidabilità superiore.
5. Fattore di temperatura operativo k d
L'effetto della temperatura operativa del limite di fatica dipende in modo rilevante dalle proprietà del materiale utilizzato. Il limite di fatica dei profilati di acciaio utilizzati abitualmente con temperature comprese tra -20 e 200 °C non dipendono particolarmente dalla temperatura ed è possibile utilizzare il fattore k d = 1.
Una progettazione che prenda in considerazione un errore di fatica a temperature elevate risulta complessa in quanto generalmente si verificano problemi di scorrimento a caldo, fatica e instabilità a livello metallurgico. Le informazioni teoriche relative a questo problema non sono esauriente e sufficienti. Utilizzare i risultati delle verifiche sperimentali per determinare in modo accurato il fattore k d .
6. Fattore modificato di concentrazione di sollecitazione k e
Quando il giunto saldato viene caricato a fatica, possono verificarsi elevate concentrazioni locali di sollecitazione. Tali concentrazioni riducono notevolmente la resistenza a fatica del giunto. Il fattore modificato di concentrazione di sollecitazione viene determinato mediante la formula k e = 1/K, in cui il fattore K di riduzione della resistenza a fatica dipende dal tipo, dalla forma, dalla progettazione, dalla qualità e dal metodo di caricamento della connessione bullonata. Di seguito vengono illustrati i valori consigliati del fattore di concentrazione di sollecitazione per i tipi e i caricamenti della saldatura selezionati.
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Tipo e metodo di caricamento della saldatura |
K |
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Saldatura di testa finale caricata con flessione e trazione - pressione |
1.2 |
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Saldatura di testa finale caricata con torsione (taglio) |
1.8 |
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Giunto a T con saldatura di testa a due lati |
2.0 |
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Saldatura d'angolo con caricamento perpendicolare |
1.5 |
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Saldatura d'angolo con caricamento parallelo all'asse di saldatura |
2.7 |
Quando si tiene conto dell'aumento delle concentrazioni locali di sollecitazione, considerare le parti più a rischio del giunto saldato come transizioni tra la saldatura e il materiale di base. Per questo motivo, nel caso in cui i giunti saldati siano caricati a fatica, accertarsi che la progettazione della saldatura sia adatta e che la lavorazione delle facce di transizione sia perfetta. Un fondo della saldatura di testa non saldato correttamente o un gioco nel fondo della saldatura d'angolo non accoppiato possono influire negativamente sul livello di usura della saldatura. Prendere in considerazione la qualità della progettazione della saldatura durante l'impostazione di un fattore di dimensione della concentrazione di sollecitazione.
7. Fattore degli effetti vari k f
Tutti gli altri effetti in grado di ridurre o aumentare la resistenza a fatica del giunto saldato (ad esempio, l'influenza della corrosione) vengono inclusi in questo fattore.