Prova di compressione

La prova di compressione consente di ottenere i valori delle tensioni di rottura σcu _e

dei moduli elastici Ec _{a compressione nelle direzioni di interesse. Queste prove sui}

compositi hanno ricevuto particolare attenzione e si sono dimostrate più complicate dei test a trazione. Vi è tuttora un profondo dibattito tra i ricercatori sulle modalità più appropriate per lo svolgimento delle prove a compressione e sulla possibilità di ottenere uno stato di tensione puro nel caso dei compositi, [17].

L'uso di provini di elevata snellezza può portare, nel caso di una lunghezza libera di inessione troppo estesa, al collasso per instabilità euleriana, o dell'intera sezione trasversale o delle sole bre. Di conseguenza, i test a compressione sono concepiti in maniera tale da ritardare il più possibile l'instaurarsi dell'instabilità e assicurare la rottura per reale compressione del materiale.

Molte metodologie e congurazioni di provini sono state proposte negli ultimi decenni nel tentativo di limitare il cedimento per instabilità, e alcune di queste sono diventate veri e propri standard. Le tecniche per l'introduzione del carico di compressione attualmente impiegate sono le seguenti:

1. carico introdotto per attrito attraverso i tab di estremità, ASTM D3410, [18]; 2. introduzione diretta del carico ad un estremo, ASTM D695, [19];

3. carico introdotto per mezzo della essione di un pannello sandwich, ASTM D5467, [20].

La terza metodologia elencata è usata molto raramente in quanto i provini sono di grandi dimensioni, di dicile manifattura e molto costosi. Inoltre, la comunità scientica ritiene che la presenza dell'esteso incollaggio tra core e rivestimento innalzi eccessivamente il valore misurato della resistenza a compressione.

Si vanno ad analizzare separatamente gli altri due metodi. Trasmissione del carico per attrito (ASTM D3410)

L'introduzione del carico per attrito può avvenire tramite due dierenti attrezzature di test: la Celanese compression xture e la IITRI compression xture. Entrambe prevedono l'impiego di provini con una gage region di 12.8 mm; per questo motivo, si deve prestare molta cura nel garantire la loro stabilità.

Generalità e normative per la esecuzione di prove sui compositi 35 La Celanese xture fu ideata nel 1971 da Park della Celanese Corporation [21] e fu accettata dall'ASTM nel 1975. Gli aerraggi, di forma tronco-conica, sono rea- lizzati in due metà che vengono serrate una volta inserito il campione tra di esse. L'allineamento complessivo della xture è assicurato dalla presenza di un manicotto esterno, il quale viene fatto scorrere sugli aerraggi dopo il serraggio, vedi g. 2.5. L'apparecchiatura Celanese, pur essendo molto compatta e leggera, è stata oggetto

(a) Rappresentazione schematica

(b) Parti della xture (c) Montaggio

Figura 2.5: Celanese compression xture

di numerose critiche per essere potenzialmente instabile: tale instabilità nasce dal- l'eventuale spostamento degli aerraggi cuneiformi nelle guide coniche, in quanto alcuni gradi di libertà non risultano ben vincolati. In più, può essere usata con campioni di larghezza massima pari a 6.4 mm; limitazione questa che esclude l'uso della xture nel caso di compositi che presentino eterogeneità su larga scala.

La IITRI xture fu introdotta dall'IIT Research Institute nel 1977 per eliminare i problemi di instabilità connessi con la Celanese xture, [22]. Utilizza aerraggi trapezoidali che realizzano un pieno contatto superciale con i blocchi di accoppia- mento e, di conseguenza, minimizzano gli scorrimenti nella struttura; l'allineamento è realizzato tramite perni che scorrono lungo guide diritte, piuttosto che impiegan- do un involucro esterno, vedi g. 2.6 e 2.7(a). Questa xture consente di testare provini di maggiori dimensioni sia in larghezza che in spessore. Questa caratteri- stica viene pagata con un incremento degli ingombri e dei pesi, che ne riducono la maneggiabilità e ne aumentano il costo.

Adams e i suoi collaboratori della University of Wyoming hanno progettato la Wyoming-modied Celanese compression xture, combinando gli aspetti positivi

Generalità e normative per la esecuzione di prove sui compositi 36

Figura 2.6: Vista esplosa della IITRI compression xture

delle due apparecchiature descritte sopra, [23]. Gli aerraggi, divisi in due metà, sono dei cunei rastremati a sezione cilindrica e sono in grado di svolgere la loro funzione indipendentemente dallo spessore dei campioni. In aggiunta, si è conservata la geometria circolare dei blocchi di estremità, tipica della Celanese xture, che permette ingombri limitati ed è particolarmente eciente a sopportare le elevate tensioni circonferenziali presenti. La xture può alloggiare provini no a 12.8 mm di larghezza e 7.6 mm di spessore, vedi g. 2.7(b).

(a) IITRI (b) Wyoming-modied Cela- nese

Figura 2.7: Compression xtures

Introduzione diretta del carico nelle estremità

Lo standard ASTM D695 denisce le caratteristiche delle prove di compressione condotte su campioni sostenuti lateralmente e caricati ad un'estremità. La metodo- logia comunemente adottata per lo svolgimento di questi test si serve della modied ASTM D695 compression xture, che risulta schematicamente rappresentata in g.

Generalità e normative per la esecuzione di prove sui compositi 37 2.8(a). I campioni adoperati per questo tipo di test sono a lati paralleli e hanno

Supporto di base

Inserto Supporti provino

(a) Rappresentazione schematica

12.5

80 5

(b) Dimensioni caratteristiche del provino (mm)

Figura 2.8: Modied ASTM D695 xture

le seguenti dimensioni caratteristiche: 80 mm di lunghezza, 12.5 mm di larghezza e spessore variabile a seconda del materiale in esame. La misura della resistenza a compressione richiede l'impiego di tab ad entrambe le estremità, i quali lasciano una lunghezza libera di inessione di 5 mm, vedi g. 2.8(b). Di conseguenza, l'applica- zione degli strumenti per la misura della deformazione è dicoltosa ed è necessaria una prova addizionale per la misurazione del modulo di elasticità. I tab di estremità accrescono la supercie di supporto e permettono di ottenere rotture nella porzione libera del provino.

Osservazioni sulle prove a compressione

I tab non sono richiesti in maniera obbligatoria, anche se il loro uso è fortemente raccomandato per le prove su materiali con bre unidirezionali. Il criterio principale per valutare la bontà delle prove è che la rottura avvenga nella gage region; se questo non accade, il dato sperimentale non dovrebbe essere considerato.

La qualità realizzativa dei provini e dei tab (parallelismo delle facce, tolleranze dimensionali, etc) condiziona sensibilmente le prove di compressione. Problemi negli aerraggi e possibili disallineamenti del sistema sono le maggiori cause di dispersione nei dati.

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