PLASTICITA,, DANNEGGIAMENTO & MECCANICA DELLA FRATTURA

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1 Corso di Meccanica dei Materiali A.A PLASTICITA,, DANNEGGIAMENTO & MECCANICA DELLA FRATTURA Michele Buonsanti * Dipartimento Meccanica e Materiali Facoltà di Ingegneria Università di Reggio Calabria michele.buonsanti@unirc.it

2 COMPORTAMENTO OLTRE IL LIMITE ELASTICO Curva tensione deformazione per materiale isoresistente Diagramma dello sforzo assiale e cerchio di mohr

3 SCALA ATOMICA DEL FENOMENO DELLO SNERVAMENTO Slittamento di atomi attraverso forze di legame Energia di legame Diagramma dello stress

4 PARAMETRI DI SENSITIVITA

5 MICROPLASTICITA DEI CRISTALLI Piani di scorrimento in lega CuAl Profili di bande di scorrimento interplanare

6 INCRUDIMENTO E RIASSETTO CRISTALLINO Fase primaria dell incrudimento di un monocristallo di rame Diagramma schematico dell area evidenziata in (a)

7 CURVA DI INCRUDIMENTO

8 SCORRIMENTO E DIFFUSIONE DEI BORDI DI GRANO Deformazione dipendente dal tempo con Deformazione non omogenea per scorrimento tensione costante ai bordi dei grani

9 DISLOCAZIONI E DEFORMAZIONE PLASTICA Re-arrangiamento atomico causato dal moto di una dislocazione generato da uno sforzo di taglio Coazione plastica Generazioni di tensioni trasversali per tensioni mono-assiali Geometria della sezione contratta per un provino deformato a trazione

10 SCORRIMENTO MACROSCOPICO NEI MONO CRISTALLI

11 DEFORMAZIONE PLASTICA NEI POLICRISTALLI Diagramma schematico della formazione di geminati causati da uno sforzo di taglio Deformazione per scorrimento (a) e per geminazione (b) in cristallo singolo soggetto a taglio puro

12 EFFETTI ALLA SCALA MACROSCOPICA Evoluzione della prova di trazione: a)regime elastico b)elasto-plastico, c)plastico Andamento della deformazione a) Elastico senza necking b) Elasto-plastico con necking c) Plastico limite rottura

13 MODELLI MONODIMENSIONALI BARRA CON SFORZO NORMALE

14 MODELLI MONODIMENSIONALI BARRA IN TORSIONE a) Regime elastico c) Regime elasto-plastico b) Regime al limite elastico d) Regime plastico

15 MODELLI MONODIMENSIONALI BARRA IN FLESSIONE Evoluzione delle tensioni nomali dovute a momento flettente: elastico, limite elastico, elasto-plastico, perfettamente plastico

16 MODELLI MONODIMENSIONALI BARRA SOGGETTA A TAGLIO Andamento del regime tensionale e distribuzione della deformazione

17 CONCENTRAZIONE DI TENSIONI: IL CASO PIANO Modello piano: geometria e condizioni di carico

18 LASTRA CON FORATURA SIMMETRICA Equilibro: σ h (2l) (2h) = 2 σ x ( y, z) dxdz 0 h l R

19 SIMMETRIE

20 REGIME DELLE TENSIONI

21 MODELLO GENERALIZZATO Problema di Irwin

22 PARTICOLARIZZAZIONE DEL DIFETTO Caratterizzazione in termini complessi

23 TENSIONI ALL APICE DELLA FESSURA

24 FATTORE DI CONCENTRAZIONE DEGLI SFORZI

25 MODELLO DI GRIFFITH: TEORIA DELLA FRATTURA Θ = 2 σ 0 2 E A Energia della lastra 2 dθ σ0 δ Θ= δa = 2πa da E δa Variazione di energia nella lastra S = 4γ a Energia superficiale di Griffith

26 LA FRATTURA: L IDEA ORIGINALE Galileo, Discorsi

27 Collasso per instabilità aeroelastica (flutter)

28 31DeckStabiltiyAnalysis.htm Tacoma Bridge

29 World concord, 1954

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32 Schenectady T2 tanker failure 1943 The Schenectady fractured at dock within a day of launching

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34 .potrebbe essere un vecchio problema!!

35 ed un nuovo problema!! Aeromobile a reazione per trasporto passeggeri tipo DeHavilland COMET (Regno Unito 1950)

36 MODI DI FRATTURA

37 STABILITA DELLA FRATTURA

38 EVOLUZIONE DEL REGIME FESSURATIVO a) Strizione inziale b) Formazione di piccole cavità c) Coalescenza della cavità d) Propagazione della cricca e) Rottura a taglio con angolo a 45

39 EFFETTI DI SCALA IN MECCANICA DELLA FRATTURA Rottura: fragile duttile

40 CONFRONTO SPERIMENTALE Tipologie costitutive della frattura a)frattura altamente duttile b)frattura medio-duttile c)frattura fragile Frattura fragile in acciaio dolce Frattura duttile in alluminio

41 RISCONTRI SPERIMENTALI a) Frattografia con visibili depressioni emisferiche tipiche della rottura duttile per carichi di trazione monoassiali b) Frattografia con visibili depressioni paraboliche tipiche di rottura duttile per taglio

42 RISCONTRI SPERENTALI Frattografia con evidenziazione di forme tipiche della frattura fragile Superficie di frattura intergranulare Frattografia di ghisa duttile

43 CONCENTRAZIONE DEGLI SFORZI E FRATTURA Curva teorica del fattore di concentrazione degli sforzi foro circolare

44 CONCENTRAZIONE DEGLI SFORZI E FRATTURA Curva teorica del fattore di concentrazione degli sforzi semi-foro circolare

45 CONCENTRAZIONE DEGLI SFORZI E FRATTURA Curva teorica del fattore di concentrazione degli sforzi

46 SFORZI ALL APICE DI UNA FESSURA Sforzo applicato tipico del modo I

47 TENACITA ALLA FRATTURA K C = Y( a / W)σ C πa

48 TENACITA ALLA FRATTURA K C = Y( a/ W)σ C πa

49 TENACITA ALLA FRATTURA K C = Y ( a / W )σ C πa

50 RAPPORTO SNERVAMENTO TENACITA

51 EVOLUZIONE DELLA FRATTURA a)carico nullo o di max compressione, b) carico ridotto in trazione, c)carico max in trazione, d)carico ridotto in compressione, e)carico max o nullo in compressione, f)carico ridotto in trazione

52 ROTTURA FATICA Superficie di rottura di un albero rotante Striature a fatica in campione di alluminio

53 FRATTURA ELASTOPLASTICA Estensione della zona plastica nel caso del modo I

54 FRATTURA ELASTOPLASTICA Distribuzione dello sforzo alla apertura a) caso di sforzo piano, b) caso di deformazione piana

55 Referenze bibliografiche W.Callister, Materials Science and Engineering,, 5th ed. Wiley,, 2000 M.A.White, Properties of Materials,, Oxford Press, 1999 D.K.Felback, A.G.Atkins, Strength and Fracture of Engineering Solids 2^ed., Prentice Hall, 1996 N.E.Dowling, Mechanical Behaviour of Materials,, 2^ed. Prentice Hall 1998 E.J. Hearn, Mechanics of Materials,, voll.1&2.1&2,, 3rd ed., B.H.,., 1997 D.Roylance, Mechanics of Materials, J.Wiley & Sons., 1996 C.W.Lung,, N.H. March, Mechanical Properties of Metals, W.S.,1999.,1999 J.Lemaitre, J.L. Chaboche, Mechanics of Solids Materials,, Cambridge Press, 1994 W.Grellmann, S.Seidler, Deformation and Fracture Behaviour of Polymers, Springer-Verlag Verlag,, 2001 M.Ashby, D.Jones, Engineering Materials,, 3 voll., B.H.,., 1995 W.Hayden, W.G.Moffatt,, J. Wulf, The Structure and Properties of Materials, 4 voll., J. Wiley & Sons., 1965 AA.VV. Scienza e Tecnologia dei Materiali Polimerici, EdiSES,, 2001 L. Vergani, Meccanica dei Materiali, McGraw-Hill Hill,, 2001 AA.VV.,., Comportamento Meccanico dei Materiali, McGraw-Hill Hill,, 2005