LEZIONE 12 - RESISTENZA DEI MATERIALI 1 ( acciaio per fili ortodontici, ossa, materiali per protesi)

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1 LEZIONE 12 - ESISTENZA DEI MATEIALI 1 ( acciaio per fii ortodontici, ossa, materiai per protesi) La prova di trazione/compressione consiste ne misurare e deformazioni in un provino di materiae sottoposto a trazione/compressione crescente da zero fino a vaore di rottura. F Ordinate : Sforzo, Stress, Carico Specifico N/m 2 o Ma A Ascissa : Strain, Deformazioni eative rispetto aa unghezza iniziae. La LEGGE D HOOKE vae finché i provino ha un comportamento eastico. E F E E A Moduo di Young EA EA F F K K Costante igidità moa E K E caratterizza i materiae e si misura in N/m 2 K caratterizza oggetto e si misura in N / m, E può essere interpretato come i carico specifico necessario ad ottenere un aungamento uguae aa unghezza iniziae de fio. A parità di deformazione, se E aumenta, aumenta o stress necessario a produra. Ne tratto iniziae e deformazioni sono perfettamente proporzionai ai carichi appicati. Questa parte termina in corrispondenza di p: Carico specifico a imite di proporzionaità. I imite di proporzionaità è generamente una frazione ( 1/4) de imite di rottura Andando otre p (cambio pendenza), e deformazioni non sono più perfettamente proporzionai e si dice che rimangono ne campo de easticità se sono contenute entro є e = 0.02%. Carico specifico a imite di easticità. e non è sempre chiaramente individuabie e quache vota coincide con p Otre e i diagramma quache vota presenta un breve tratto «seghettato» che segnaa dei cedimenti e e deformazioni permanenti aumentano fino є s = 0.2% ( M)- 2% ( C) Carico spe-

2 cifico a imite di snervamento ( s ). 2 % σs σs σe--- σp--- C C Snervamento / Se si togie i carico, si ha un ritorno MN paraeo ad OA. La pendenza de tratto rettiineo (OA NMNC) esprime i moduo di Young ( E ). σs dipende anche daa veocità con cui si esegue a deformazione e daa temperatura. *) Dopo i punti M e C avvengono, fino a punto D, grandi deformazioni con modesti aumenti de carico. Dopo D si ottengono uteriori deformazioni anche con carichi minori fino a punto di rottura (E) Carico unitario a imite di rottura ( )

3 Diagramma di tre prove di trazione su fio ortodontico di acciaio. In corrispondenza de carico ao snervamento di є s = Ma i campione ha una deformazione permanente deo 1,5%, compresa ne range 0,2-2% I carico di rottura è a Mpa. Moduo E è stato stimato in circa 1500 Ma Qui a proporzionaità è chiara, si ha passaggio brusco di pendenza in corrispondenza de imite di proporzionaità. I imite di easticità (є e = 0,2% ) Mpa. Carico ottura di Ma. I moduo E è circa 1800 Ma. *) L area dea curva F- ( quindi anche a curva - ) rappresenta i Lavoro di Deformazione. Materiae E M a Acciaio Vetro 7000 Legno duro 1000 Gomma 0,1 Tendine 2 Osso trazione 1800 Osso compressione 900 Vasi 0,2 Fibra muscoare 10 iù i moduo E è grande, più i materiae è rigido

4 TENSIONI INTENE er effetto dee forze N ed, due sezioni contigue de provino ( S e S ) tenderebbero a separarsi. Aa separazione si oppongono e forze di coesione (tensioni interne) che agiscono in ognuna dee areoe che compongono S e S. I pezzo si rompe quando e forze di coesione non riescono più a tenere unite e moecoe. S N S La sezione S de provino è in equiibrio sotto azione di N e dee tensioni interne esercitate dae moecoe presenti nea sezione S. Se ogni s di S esercita una tensione interna r, a condizione di equiibrio di S si esprime r r N + s = 0 s = S in moduo N - S = 0 = å å N S Le tensioni interne sono uguai ed opposte aie soecitazioni esterne. Ogni parte meccanica in ortopedia ed odontoiatria deve soddisfare e condizioni di: resistenza indeformabiità esistenza: La soecitazione esterna (quindi a tensione interna ) deve essere inferiore a carico di rottura. Indeformabiità: La soecitazione esterna (quindi a tensione interna deve essere inferiore a carico di proporzionaità. ) è spesso difficie da individuare, mentre è sempre individuato con precisione. Nea progettazione p è sostituito da una frazione n de carico di rottura. coefficiente di sicurezza ( 2 4 ) La condizione di indeformabiità diventa n = am Tensione interna ammissibie n n 2 4 n am

5 I carichi devono essere appicati graduamente (cioè senza strappi e urti) e mantenuti costanti ne tempo. Queste condizioni spesso Non si verificano nee protesi. L esperienza mostra che una parte meccanica sottoposta a soecitazioni variabii, dopo un certo periodo di funzionamento si spezza improvvisamente, senza manifestare sintomi: cedimento per fatica SOLLECITAZIONE per TAZIONE Se si esercita una trazione N ungo asse ongitudinae (x) de provino in modo che sia rispettata a condizione di indeformabiità, aora N A = < = = am _ Traz n In queste condizioni vae a egge di Hooke, e e deformazioni possono essere cacoate: x = o am _ Traz E Contestuamente agi aungamenti ungo asse x ongitudinae x є, si x manife- o stano restringimenti trasversai y, z dea sezione. 1 y = z = - x m I segno negativo indica che e variazioni є z є y avvengono ne senso opposto a x. m = moduo di oisson e 1/m è coefficiente di oisson per ferro e acciai è 1/m = 0,333 є x є z

6 COMESSIONE Nea compressione si invertono i segni di N e di rispetto aa trazione. Quando N A am.comp carico ammissibie per compressione. amm. comp n vae a egge di Hooke che fornisce e deformazioni x. E 0 amm comp I carico ammissibie per trazione e compressione spesso coincidono, ma in materiai come ossa e egno sono diversi. er e ossa i moduo di Young E trazione 2 E compressione Significa che è più difficie estendere e ossa che comprimere

7 INFLUENZA DELLA TEMEATUA Nee protesi, e variazioni di temperatura debbono essere vautate perché infuenzano i carico di rottura e quindi queo di sicurezza. n I carico di rottura di (ferro, acciaio, ghisa) aumenta eggermente con a temperatura (fino a circa 300 C); I carico di rottura di (auminio, rame, bronzo) diminuisce con a temperatura I corpi generamente tendono a diatarsi quando sono riscadati e a contrarsi se raffreddati. Le conseguenze possono essere gravi se e deformazioni sono impedite dai vincoi esterni. Un aumento di T produce un aungamento de corpo. Se i vincoi o impediscono, ne materiae nascono dee tensioni uguai a quee che sarebbero intervenute per produrre senza vincoi T= aumento di temperatura de materiae = coefficiente di diatazione ineare. er acciaio o ferro = 1, = aungamento dovuto a T T Se questo aungamento è impedito dai vincoi, è come se a protesi fosse soggetta ad una compressione specifica in grado di produrre a stessa deformazione. La resistenza è assicurata se E E T amm, comp E ET n

8 roprietà meccaniche Determinano a durata ne tempo dee protesi. esiienza: Durezza: Easticità: resistenza aa rottura per urto resistenza aa scafitura e aa penetrazione capacità di riprendere a configurazione iniziae roprietà tecnoogiche: Determinano a avorabiità de materiae Maeabiità Duttiità Temprabiità (amine sottii) Indice = S S (fii sottii) Indice = cambia durezza a seguito riscadamento/raffreddamento TENACE materiae con eevato FAGILE materiae che si rompe senza una apprezzabie deformazione pastica.