Prove meccaniche sui materiali

PROVE MECCANICHE SUI MATERIALI

Per cominciare a parlare dei materiali facciamo una lezione su quelle che sono le  proprietà meccaniche degli stessi.

. Ricordiamo che il primo ad aver fatto una prova sulla resistenza è GALILEO GALILEI: maggiore è la sezione di un materiale maggiore è il carico da applicare per portarlo a rottura.

. Un suo antagonista: NEWTON, ha enunciato il terzo principio della dinamica dicendo che ad ogni azione (sollecitazione) corrisponde una reazione (resistenza del materiale) uguale e contraria. non confondiamo la resistenza con la sollecitazione che può essere infinita mentre la resistenza no.

. Altro personaggio importante è HOOKE: ogni solido si deforma quando viene sollecitato,  è una diretta conseguenza di quello precedente.

. Ancora, abbiamo CAUCHY: EGLI HA INTRODOTTO IL CONCETTO DI DEFORMAZIONE RELATIVA, se ho un pilastro alto 3 m che sotto l'azione di un carico si accorcia di 1 cm, non importa!! Perché non conta la deformazione assoluta ma quella relativa , cioè in rapporto all'altezza totale del pilastro (la % della sua lunghezza che costituisce l'accorciamento).

Egli trovò la costante che lega la deformazione relativa ε e lo sforzo applicato σ (si tratta del modulo elastico E). La costante di elasticità cambia con il materiale, indica quanto un materiale è rigido.

legge di Hooke

E quindi rappresenta la rigidezza del materiale ovvero quanto un materiale è in grado di resistere sotto l'azione delle forze.

Volendo rappresentare la legge di Hooke su un diagramma ho una retta dove E è la pendenza della stessa.

Esa vale solo in campo elastico cioè quando le deformazioni sono reversibili cioè quando al termine della sollecitazione gli atomi del materiale ritornano alla loro posizione di partenza.

Altra cosa: E non dipende solo dal materiale, ma anche dalla temperatura, perché all'aumentare della temperatura il modulo elastico diminuisce cioè la retta diventa meno inclinata.

La prima prova che si fa su un materiale è LA PROVA  DI TRAZIONE.

UN MATERIALE Può ESSERE FRAGILE O DUTTILE, il primo si rompe di netto, il secondo si deforma prima e poi si rompe.

Le curve sul diagramma σ, ε di questi tipi di materiale sono diverse. Il materiale fragile in genere per rompersi deve arrivare a sollecitazioni superiori rispetto a quello duttile, allora mi chiedo, mi conviene utilizzare sempre il fragile?

Beh! Devo sempre calcolare che quello che costruisco, dopo ci vanno dentro le persone.quindi  la preoccupazione deve essere tanta.

Bisogna fidarsi di più di un ponte in acciaio fragile o duttile? Il materiale fragile si rompe di schianto. quello duttile si deforma prima e faccio in tempo ad intervenire.

Quindi non mi interessa che il fragile resiste di più, preferisco l'altro.

La rottura avviene perché si innesca una CRICCA, dovuta a imperfezioni superficiali, se il materiale è fragile la cricca si propaga molto velocemente, al contrario nel materiale duttile la cricca si propaga più lentamente.

Abbiamo detto che il limite elastico dipende dalla configurazione della struttura, quindi oggi siamo in grado di calcolare la rottura teorica dei materiali. La resistenza reale del materiale rispetto a quella teorica NECESSARIA è infinitamente più bassa. questo fatto è dovuto alla presenza dei difetti. la presenza dei difetti è descritta da una teoria che si chiama:

TEORIA DI GRIFFITH

Per griffith questa discrepanza è attribuibile alla presenza di difetti nel materiale (pori, micro fessure) che producono delle sollecitazioni localizzate (σ') notevolmente superiori alla tensione media (σ).

LA PROVA DI TRAZIONE SI FA CON UNA PROVETTA SAGOMATA IN UN MODO PARTICOLARE e la rottura deve avvenire in un punto particolare altrimenti deve essere ripetuta.. tutto è regolato dalla norma..

prima della rottura la sezione si riduce, si dice che si strizza perché si ha la STRIZIONE.

Più un materiale è duttile e più è sottoposto alla strizzone, meno è duttile e meno si strizza..

Il materiale, fino a quando la tensione (σ) non supera il valore corrispondente al limite elastico, si dice che è in una fase elastica e al cessare del carico le deformazioni sono reversibili, dopo invece anche al cessare del carico il materiale rimane deformato. Abbiamo una deformazione residua.

La fase fra elastica e non elastica (ANAELASTICA) c'è lo SNERVAMENTO.

L'acciaio è una lega che contiene diversi elementi, quello che regola la durezza dell'acciaio è il carbonio, sotto lo 0,8% l'acciaio è dolce, superiore è tenace.

Se faccio snervare l'acciaio ma non lo faccio rompere quando rilascio il carico noto che l'acciaio che mi rimane, anche se non si è rotto, ha perso molta energia di  resistenza quindi è più fragile. Bisogna evitare lo snervamento.

PASSIAMO AI POLIMERI

I polimeri sono molto elastici, cioè la fase elastica è molto grande, quello che non ci piace è il fatto che sono molto influenzati dalla temperatura (basta sapere che da 20 a 40 gradi la resistenza cala drasticamente).

LA PROVA DI TRAZIONE SUL CALCESTRUZZO la si fa indirettamente schiacciando una carota e studiando la sezione di rottura

PROVA DI TRAZIONE INDIRETTA

Prova alla brasiliana

LA PROVE DI COMPRESSIONE PER IL CALCESTRUZZO la si fa su provini cubici o cilindrici (con altezza due volte superiore al diametro).

La resistenza cilindrica è 80% di quella cubica.

LA PROVA DI FLESSIONE PER IL CALCESTRUZZO è un altro metodo per la valutazione indiretta della resistenza a trazione. Si applica un carico flettente su un travetto di calcestruzzo. Nella sezione si avranno in parte tensioni di trazione e in parte di compressione. Data la minor resistenza a trazione del cls sarà la parte tesa a cedere.

PROVA DI RESILIENZA O PROVA DI RESISTENZA ALL'URTO

PROVA DI RESILIENZA

è importante perché la resistenza che ne vien fuori cambia con la temperatura.

PROVA DI DUREZZA sull'acciao

PROVA DI FATICA, cioè a sollecitazioni ripetute ciclicamente di trazione e compressione.

Un materiale non si affatica solo se carico e scarico il materiale, ma anche se lo sottopongo ad un carico costante.

Si assume come resistenza a fatica quella pari alla resistenza residua dopo 10⁷ cicli.