Cauchy (XIX secolo) Introduce il concetto di deformazione relativa (ε

Cauchy (XIX secolo)
Introduce il concetto di deformazione relativa (ε = ∆l/lo)
e la mette in relazione
con lo sforzo applicato (σ
= F/Ao):
σ=E⋅ε
LEGGE DI HOOKE
Ao
lo
Δl
Young (XIX secolo)
F
Il valore di E dipende dal materiale
materiale
E (GPa)
Acciaio
195 - 215
Calcestruzzo
25 - 40
Materie plastiche
0,1 - 5
Gomma
0,001 - 0,01
CARATTERIZZAZIONE MECCANICA
CARATTERIZZAZIONE MECCANICA: COMPRESSIONE
cubes 10x10x10 cm
CARATTERIZZAZIONE MECCANICA: COMPRESSIONE
Rcm = P/A
CARATTERIZZAZIONE MECCANICA: FLESSIONE
e COMPRESSIONE SU MALTE
CARATTERIZZAZIONE MECCANICA: COMPRESSIONE
Su provini cubici:
F
σ
F
a 2
=
cub
a
Su provini cilindrici:
F
σ
=
cil
F
⋅ d
π
d
2
h = 2d
4
Per i calcestruzzi:
σ
cil
=
0 ,8 ⋅ σ
cub
PROVA DI TRAZIONE: i metalli
σ=
F
AO
ε=
Δl
⋅100
lo
INTERPRETAZIONE DEL DIAGRAMMA DA PROVA DI TRAZIONE
DEFORMAZIONI PLASTICHE
STRIZIONE
(NECK)
DEFORMAZIONI ELASTICHE
PROPAGAZIONE DI CRICCHE
SCORRIMENTO PLASTICO
TENACITÀ
PROVA DI TRAZIONE: i polimeri
Polimero termoindurente (resina)
(gomma)
Polimeri termoplastici
CARATTERIZZAZIONE MECCANICA: TRAZIONE
INDIRETTA
σt = 2P/πDl
CARATTERIZZAZIONE MECCANICA: MODULO
ELASTICO
CARATTERIZZAZIONE MECCANICA: MODULO
ELASTICO
CARATTERIZZAZIONE MECCANICA: MODULO
ELASTICO
Modulo Elastico Dinamico (E d)
2
⎛V ⎞
E d = ⎜ ⎟ ⋅ ρ = [GPa ]
⎝k⎠
V = velocità di attraversamento dell’impulso ultrasonico [km/s]
ρ = massa volumica g/cm 3
k = 1.11
V =
lo ⎡ mm ⎤ ⎡ km ⎤
=
=
t ⎢⎣ μ s ⎥⎦ ⎢⎣ s ⎥⎦
lo
t
PROVA DI TRAZIONE INDIRETTA
σ
t
=
π
2 ⋅ P
⋅ L ⋅ D
L = lunghezza del cilindro
CARATTERIZZAZIONE MECCANICA: FLESSIONE
σ
max
=
3 ⋅ F ⋅l
2 ⋅b ⋅ h 2
RESILIENZA (UNI EN 10045)
la capacità di assorbire energia prima della rottura.
rottura Si quantifica
misurando l’energia di deformazione totale alla rottura
rappresentata da tutta l’area sottesa dalla curva σ-ε .
materiali duttili assorbono molta energia
materiali fragili assorbono poca energia
U1
Diapositiva 18
U1
La resistenza all’impatto di un materiale, caratteristica meccanica indicata anche con il termine di resilienza, può essere misurata con uno
strumento a pendolo (si veda la figura) e corrisponde all’energia necessaria per rompere un provino di forma definita per mezzo di una “mazza”
a pendolo. L’energia dissipata nell’urto è pari alla differenza tra l’energia potenziale e quella residua del pendolo dopo l’urto e viene misurata in
joule.
Utente, 2/7/2006
PROVA DI RESILIENZA
FATICA
STRESS CICLICI
CICLI DI STRESS RIPETITIVI
periodico e simmetrico
nell’intorno di valori nulli di
tensione
periodico e simmetrico
nell’intorno di valori nulli di
tensione
σm= (σmax+ σmin)/2
ROTTURA A FATICA
quando si ripete un movimento, l’oggetto che compie lavoro si indebolisce.
Per esempio durante la corsa le gambe ed i muscoli sono sottoposti a fatica,
che li indebolisce nel tempo, diminuiscono le prestazioni in uscita
un materiale sottoposto a cicli di stress,
stress su un lungo intervallo di tempo,
presenta prestazioni meccaniche inferiori, rispetto al materiale non
sollecitato (possono insorgere microcrack interni o superficiali che possono
condurre alla rottura del materiale)
materiale
applicazioni di stress al materiale che possono provocare la rottura a fatica: assiale,
torsionale e flessorio
PROVA DI FATICA
STRESS CICLICI (continua)
fluttuazioni di tensione
variabili
PARAMETRI CHE CARATTERIZZANO CICLI DI STRESS RIPETITIVI
Tensione media
Range tensione
σm =
σ max + σ min
2
σ r = σ max − σ min
σr
Ampiezza tensione
σa =
Rapporto tensione
σ min
R=
σ max
2
=
σ max − σ min
2
ROTTURA A FATICA (continua)
applicando sollecitazioni cicliche,
cicliche la rottura può avvenire per condizioni di
carico inferiori al valore di tensile/yield strenght determinato per un carico
statico
la rottura a fatica è di tipo brittle-like anche in materiali che normalmente
hanno un comportamento di tipo duttile, quindi è improvvisa e catastrofica
la rottura a fatica avviene seguendo tre fasi distinte:
1. Crack initiation nella zona di concentrazione dello stress
2. Propagazione incrementale del crack
3. Rottura del campione
CURVA S-N (continua)
fatigue limit:
limit massima tensione applicabile, sotto la quale il materiale non
cederà mai, indipendentemente dai cicli a cui viene sottoposto.
Si comportano in questo modo il ferro e alcune leghe al titanio
CURVA S-N (tensione vs. numero di cicli a rottura)
apparecchiatura per determinare la rottura del campione a fatica mediante
rotating-bending test
low cycle fatigue:
fatigue carico elevato, deformazioni plastiche ed elastiche
high cycle fatigue:
fatigue carico moderato, deformazione elastica (N>105)
CURVA S-N (continua)
nella maggiorparte delle leghe,
leghe S diminuisce proprozionalmente all’aumento
di N. Le proprietà a fatica sono descritte da:
fatigue strength:
strength tensione a cui si presenta la frattura dopo un dato
numero di cicli
fatigue life:
life numero di cicli che conducono a rottura per un dato
valore di tensione
CRACK: FASE INIZIALE E PROPAGAZIONE
Nf = N i + N p
Nf: numero di cicli prima della rottura
Ni: numero di cicli anteriori al primo crack
Np: numero di cicli prima della propagazione del crack
Il crack si propaga perpendicolarmente alla
direzione di applicazione della tensione
DUREZZA DI UN MATERIALE
Indica la propensione di un materiale a lasciarsi consumare per
l’attrito (ma anche per incisione, taglio e anche corrosione)
si rileva mediante la dimensione dell’impronta lasciata nel materiale dal
penetratore
U2
PROVA BRINELL
PROVA VICKERS
PROVA ROCKWELL C
ALLUMINIO
ALLUMINIO
ACCIAIO
ACCIAIO
PROVA KNOOP
PROVE
STATICHE
Diapositiva 30
U2
PROVE STATICHE SI DIFFERENZIANO PER LA GEOMETRIA DEL PENETRATORE UTILIZZATO E DEL CARICO APPLICATO. ALTRE TIPOLOGIE DI
PROVE SONO PROVE DI RIMBALZO (PROVE SCLEROMETRICHE), PROVE DI RIGATURA (SCRATCH TEST – APPARTIENE A QUESTA SCALA LA
CLASSIFICAZIONE DEI MATERIALI SECONDO LA SCALA MOHS IL MATERIALE PIU’ DURO INCIDE IL PIU’ TENERO). PROVE DI SMORZAMENTO
(SI MISURA LA DIMINUZIONE DELL’OSCILLAZIONE DI UN PENDOLO CHE STRISCIA SULLA SUPERFICIE DEL MATERIALE) PROVE DI TAGLIO
(FORZA NECESSARIA PER TAGLIARE UN TRUCIOLO), DI ABRASIONE (SUPERFICIE DEL PEZZO DA PROVARE STRISCIA CONTRO UN DISCO
ROTANTE) E DI EROSIONE (SI PROIETTA UN ABRASIVO SULLA SUPERFICIE E SI VALUTA LA VARIAZIONE DELLA MASSA DEL PROVINO)
Utente, 2/7/2006
PROVA DI DUREZZA
durezza
durezza
resistenza
resistenza
fragilità
duttilità
PROVE DI DUREZZA DI UN MATERIALE
La prova di durezza Brinell è definita dalla norma UNI EN 10003-1. Si esegue
applicando un carico su un provino e misurando la superficie dell’impronta
rilasciata sullo stesso. Il penetratore è costituito da una sfera di acciaio di
diametro 1, 2, 2.5, 5 o 10 mm.
La prova di durezza Vickers è definita dalla norma UNI EN 6507. Si esegue
applicando un carico su un provino e misurando le diagonali dell’impronta
rilasciata sullo stesso da un penetratore di diamante a forma piramidale.
Per eseguire la prova di durezza Rockwell C si utilizza un penetratore
costituito da un cono di diamante con angolo di apertura di 120°. Si applica un
carico iniziale di 98.07N ed un carico addizionale di 1373 N. Viene letta la
profondità dell’impronta su uno strumento analogico
La prova di durezza Knoop ha un principio di funzionamento identico alla prova
Vickers eccetto per il fatto che qui viene usata una piramide di diamante a base
rombica con un rapporto tra le diagonali 7 a 1.
RIASSUMENDO
SCALA DI DUREZZA MOHS E CONFRONTI CON ALTRE SCALE
Minerale
N°
Caratteristiche
Diamante
10
Materiali duri non rigabili con una punta d’acciaio
Corindone
9
“
Topazio
8
“
Quarzo
7
“
Ortoclasio
6
Materiali semiduri rigabili con una punta d’acciaio
Apatite
5
“
Fluorite
4
“
Calcite
3
“
Gesso
2
Materiali teneri rigabili con l’unghia
Talco
1
“
confronto tra le scale di durezza