Verifica a fatica di giunti di profilati a bulbo mediante approcci locali (Fatigue strength assessment of bulb plate profiles joints according to local approaches)

Di fatto, la saldatura è il metodo di collegamento di gran lunga più utilizzato nella costruzione navale ma fin dalle prime applicazioni ci si rese conto che proprio dai cordoni di saldatura iniziano a propagarsi le rotture per fatica. Negli ultimi decenni i regolamenti delle società di classificazione navale hanno reso esplicite le verifiche a fatica dei dettagli strutturali e, verso la fine degli anni ‘90, alcuni regolamenti hanno adottato approcci di tipo locale in luogo del cosiddetto approccio ‘nominale’. Gli attuali regolamenti richiamano i documenti pubblicati dall’IIW (International Institute of Welding) ed adottano generalmente l’approccio della ‘tensione strutturale’ (hot spot). In questo lavoro si prendono in esame i collegamenti di un tipico profilato di uso navale, il piatto a bulbo (Holland profile), con lo scopo di determinarne la resistenza a fatica utilizzando gli approcci locali proposti dall’IIW e nella letteratura scientifica. L’applicazione di questi metodi nei casi esaminati non è agevole, né talvolta possibile o efficace. Si evidenziano infatti difficoltà nel seguire le raccomandazioni dell'IIW per la modellazione di una geometria relativamente complessa. Il bulbo è in sé un componente tridimensionale che interagisce con elementi piani che lo circondano: proprio da tale fatto derivano le difficoltà. Poiché non è possibile identificare uno spessore di riferimento del bulbo, l'individuazione dei punti di estrapolazione delle tensioni è incerta e spesso è causa del fatto che i risultati degli approcci siano non concordi fra loro e con i dati sperimentali Il confronto tra i risultati numerici ottenuti con diversi metodi e con i rilievi sperimentali eseguiti dal ‘Laboratorio Strutture Navali dell’Università di Genova e dall’Institute of Ship Structural Design and Analysis della Hamburg University of Technology cerca di ricostruire un quadro generale per determinare la validità e l'attinenza alla realtà degli approcci utilizzati e inoltre permette un’analisi critica delle modalità di applicazione dei diversi approcci per un caso pratico complesso valutando, qualora i metodi lo permettano, anche l’effetto del cordone di saldatura. As a matter of facts, welding is the joining method widely applied in shipbuilding and since the first applications it became evident that fatigue failures start exactly at weld seams. In the last decades, classification societies introduced explicit fatigue strength check formulae in their rules for shipbuilding and, in late nineties, some rules adopted local approaches in lieu of the so-called nominal stress approach. Current editions of rules mainly reference documents of the International Institute of Welding (IIW) and recommend the structural (hot-spot) stress approach. This paper is aimed at fatigue strength assessment of attachments of bulb plate stiffeners (Holland profile), typical of shipbuilding structures, by applying local approaches proposed by IIW and in open literature. The application of these methods in the captioned cases is not always straightforward nor sometimes possible, neither effective. Difficulties in following the IIW suggestions for the FE modeling of relatively complex geometries are shown. Basically, the bulb itself is a 3D component interacting with 2D shells surrounding it: the 3D vs 2D mismatch is the source of complexity. Since a reference thickness of the bulb cannot be identified, even identification of stress points in post-processing of FE analyses is difficult, being often cause of scatter and/or disagreement among different approaches. Comparisons among approaches and with available experimental data of tests carried out in the Ship Structures Laboratory of the University of Genova and in the Institute of Ship Structural Design and Analysis of the Hamburg University of Technology provide a general view of this topic and offer a critical review of the application of local approaches in rather challenging test cases evaluating, as far as possible, effects of weld geometry on fatigue strength.