Cauchy (XIX secolo) Introduce il concetto di deformazione relativa (ε = l/l o ) e la mette in relazione con lo sforzo applicato (σ = F/A o ): σ = E ε LEGGE DI HOOKE A o l o Δl Young (XIX secolo) Il valore di E dipende dal materiale materiale Acciaio Calcestruzzo Materie plastiche Gomma F E (GPa) 195-215 25-40 0,1-5 0,001-0,01
CARATTERIZZAZIONE MECCANICA
CARATTERIZZAZIONE MECCANICA: COMPRESSIONE cubes 10x10x10 cm
CARATTERIZZAZIONE MECCANICA: COMPRESSIONE R cm = P/A
CARATTERIZZAZIONE MECCANICA: FLESSIONE e COMPRESSIONE SU MALTE
CARATTERIZZAZIONE MECCANICA: COMPRESSIONE Su provini cubici: σ cub = F a 2 F a σ Su provini cilindrici: cil = π F d 2 4 d F h = 2d Per i calcestruzzi: cil 0 σ =, 8 σ cub
PROVA DI TRAZIONE: i metalli σ = F A O ε = Δl l o 100
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 σ t = 2P/πDl
CARATTERIZZAZIONE MECCANICA: MODULO ELASTICO
CARATTERIZZAZIONE MECCANICA: MODULO ELASTICO
CARATTERIZZAZIONE MECCANICA: MODULO ELASTICO Modulo Elastico Dinamico (E d ) V E d = ρ = k 2 [ GPa] V = velocità di attraversamento dell impulso ultrasonico [km/s] ρ = massa volumica g/cm 3 k = 1.11 V = l t o = mm μs = km s l o t
PROVA DI TRAZIONE INDIRETTA σ t = π 2 L P D L = lunghezza del cilindro
CARATTERIZZAZIONE MECCANICA: FLESSIONE σ max = 3 2 F b h l 2
RESILIENZA (UNI( EN 10045) la capacità di assorbire energia prima della 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 σ m =(σ max + σ min )/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, 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) applicazioni di stress al materiale che possono provocare la rottura a fatica: assiale, torsionale e flessorio
PROVA DI FATICA
STRESS CICLICI (continua( continua) fluttuazioni di tensione variabili PARAMETRI CHE CARATTERIZZANO CICLI DI STRESS RIPETITIVI Tensione media σ m = σ max + σ min 2 Ampiezza tensione σ a σ 2 = r = σ max σ min 2 Range tensione σ r = σ max σ min Rapporto tensione R = σ σ min max
ROTTURA A FATICA (continua( continua) applicando sollecitazioni 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 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 S ( N (continua) fatigue 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 S (tensione vs. numero di cicli a rottura) apparecchiatura per determinare la rottura del campione a fatica mediante rotating-bending test low cycle fatigue: carico elevato, deformazioni plastiche ed elastiche high cycle fatigue: carico moderato, deformazione elastica (N>10 5 )
CURVA S-N S ( N (continua) nella maggiorparte delle leghe, S diminuisce proprozionalmente all aumento di N. Le proprietà a fatica sono descritte da: fatigue strength: tensione a cui si presenta la frattura dopo un dato numero di cicli fatigue life: numero di cicli che conducono a rottura per un dato valore di tensione
CRACK: FASE INIZIALE E PROPAGAZIONE N f = N i + N p N f : numero di cicli prima della rottura N i : numero di cicli anteriori al primo crack N p : 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 ALLUMINIO PROVA VICKERS PROVA ROCKWELL C PROVA KNOOP PROVE STATICHE ACCIAIO
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 resistenza fragilità durezza resistenza 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 Diamante Corindone Topazio Quarzo Ortoclasio Apatite Fluorite Calcite Gesso Talco N 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Caratteristiche Materiali duri non rigabili con una punta d acciaio Materiali semiduri rigabili con una punta d acciaio Materiali teneri rigabili con l unghia confronto tra le scale di durezza