Lezioni del corso di
Elementi di Meccanica Strutturale
Università del Salento
Corso di Laurea in Ingegneria Industriale
prof. ing. Riccardo Nobile
1
Lezione 14 – La prova di trazione
a.a. 2021/2022
Caratteristiche generali
La prova di trazione è la più semplice e veloce prova per la caratterizzazione di un materiale.
La prova consiste nell’applicare uno spostamento a velocità costante all’estremità di un provino, avendo cura di misurare l’allungamento del provino e la forza di trazione applicata.
La prova di trazione termina con la rottura, ovvero la separazione fisica delle due estremità del provino.
La rottura avviene in condizioni quasi statiche, in quanto il carico viene applicato lentamente.
La prova permette di determinare anche la legge costitutiva del materiale.
Prova di trazione
R. Nobile –Elementi di Meccanica Strutturale La prova di trazione
Uni ver sità del Salento
3
Norme di riferimento
Norma UNI EN 10002-1 (2004): Materiali metallici - Prova di trazione - Parte 1:
Metodo di prova a temperatura ambiente
Norma ASTM E8-04: Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials
Prova di trazione
R. Nobile –Elementi di Meccanica Strutturale La prova di trazione
Uni ver sità del Salento
Geometria del provino – provino piatto
10±0,2
165 60
20
50
40 40
t
R30
Dimensioni tratto utile
❖ L0 > 5.65√A0 (UNI 10002)
Prova di trazione
R. Nobile –Elementi di Meccanica Strutturale La prova di trazione
Uni ver sità del Salento
5
Geometria del provino – provino circolare
Dimensioni tratto utile
❖ L0 > 5.65√A0 (UNI 10002)
❖ L0 > 5D (ASTM E8)
Prova di trazione
R. Nobile –Elementi di Meccanica Strutturale La prova di trazione
Uni ver sità del Salento
Macchina universale di trazione- elettromeccanica Prova di trazione
R. Nobile –Elementi di Meccanica Strutturale La prova di trazione
Uni ver sità del Salento
7
Macchina universale di trazione - servoidraulica Prova di trazione
R. Nobile –Elementi di Meccanica Strutturale La prova di trazione
Uni ver sità del Salento
Attrezzature di prova – Estensometro Prova di trazione
R. Nobile –Elementi di Meccanica Strutturale La prova di trazione
Uni ver sità del Salento
9
Modalità di prova: ASTM E8
Il carico viene applicato imponendo una velocità di traslazione costante della traversa
La velocità deve essere tale che:
La velocità viene quindi calcolata sulla base del materiale e della lunghezza del tratto utile
Prova di trazione
R. Nobile –Elementi di Meccanica Strutturale La prova di trazione
Uni ver sità del Salento
ሶ𝜀 ≤ 0.5 𝑚𝑚𝑚𝑚 ∙ 𝑚𝑖𝑛ሶ𝜎 ≤ 11.5 𝑁𝑚𝑚2 ∙ 𝑠
Tensione di snervamento
Il tratto elastico termina con una discontinuità che rappresenta il carico di snervamento
La pendenza del tratto elastico coincide con il modulo di Young di elasticità
Prova di trazione
R. Nobile –Elementi di Meccanica Strutturale La prova di trazione
Uni ver sità del Salento
Quando lo snervamento non è pronunciato, la tensione di snervamento viene definita convenzionalmente
❖ Considerando una deformazione residua prefissata, ad esempio dello 0.2% (punto 1)
❖ Considerando l’intersezione tra il tratto lineare e la tangente al tratto con incrudimento (punto 2)
❖ Considerando una riduzione prefissata della pendenza della curva (punto 3)
Tensione di snervamento Prova di trazione
R. Nobile –Elementi di Meccanica Strutturale La prova di trazione
Uni ver sità del Salento
Tensione di snervamento
Il metodo comunemente più utilizzato per definire lo snervamento è quello corrispondente al raggiungimento di una deformazione permanente dello 0.2%
Prova di trazione
R. Nobile –Elementi di Meccanica Strutturale La prova di trazione
Uni ver sità del Salento
A: limite convenzionale di snervamento
B, C: limite superiore e inferiore di snervamento
Tratto B-D: deformazione permanente di rilevante entità accompagnata da piccole oscillazioni di tensione attorno a σy
Comportamento in fase plastica Prova di trazione
R. Nobile –Elementi di Meccanica Strutturale La prova di trazione
Uni ver sità del Salento
D: inizio della fase di incrudimento (hardening)
Se il carico viene rimosso in E, il comportamento del materiale risulta modificato
Comportamento in fase plastica Prova di trazione
R. Nobile –Elementi di Meccanica Strutturale La prova di trazione
Uni ver sità del Salento
15
La curva mostra un tratto plastico molto limitato, in alcuni casi assente del tutto
Prova di trazione
Comportamento fragile
R. Nobile –Elementi di Meccanica Strutturale La prova di trazione
Uni ver sità del Salento
Influenza del contenuto di carbonio negli acciai
Il maggiore contenuto di carbonio o la presenza di elementi di lega aumenta le caratteristiche meccaniche dell’acciaio ma ne riduce le capacità di plasticizzazione
Prova di trazione
R. Nobile –Elementi di Meccanica Strutturale La prova di trazione
Uni ver sità del Salento
17
Incrudimento
Dopo aver superato il carico di snervamento, il materiale si incrudisce ossia è necessario applicare un carico sempre crescente per far avanzare la deformazione permanente
Se la prova viene interrotta dopo il superamento del carico di snervamento e successivamente ripresa, il materiale avrà subito un incremento del limite di snervamento
Prova di trazione
R. Nobile –Elementi di Meccanica Strutturale La prova di trazione
Uni ver sità del Salento
Strizione
La strizione è una diminuzione localizzata della sezione resistente, corrispondente al valore massimo raggiunto dalla forza durante la prova
Il carico poi decresce fino alla frattura finale per effetto della riduzione di sezione
Prova di trazione
R. Nobile –Elementi di Meccanica Strutturale La prova di trazione
Uni ver sità del Salento
19
Meccanismo di rottura Prova di trazione
R. Nobile –Elementi di Meccanica Strutturale La prova di trazione
Uni ver sità del Salento
Aspetto della superficie di frattura
a coppa e cono
a scorrimento a lama di coltello
a doppio cono
Prova di trazione
R. Nobile –Elementi di Meccanica Strutturale La prova di trazione
Uni ver sità del Salento
21
Dati ottenibili da una prova di trazione
Modulo elastico:
Tensione di snervamento:
Tensione di rottura:
Allungamento a rottura:
Coefficiente di strizione:
Prova di trazione
R. Nobile –Elementi di Meccanica Strutturale La prova di trazione
Uni ver sità del Salento
𝐸 = 𝜎 𝜀
𝑁 𝑚𝑚2
𝜎𝑦 = 𝐹𝑦 𝐴0
𝑁 𝑚𝑚2
𝜎𝑅 = 𝐹𝑚𝑎𝑥 𝐴0
𝑁 𝑚𝑚2
𝐴% = 𝐿𝑓𝑖𝑛 − 𝐿0
𝐿0 100 𝑍% = 𝐴0 − 𝐴𝑓𝑖𝑛
𝐴0 100
Osservazioni generali
I dati ottenuti dalla prova di trazione permettono di stabilire dei limiti di utilizzo dei materiali per evitare rotture impreviste.
La tensione limite che viene utilizzata è la tensione di snervamento. Nella stragrande maggioranza dei casi, la plasticizzazione di un componente non è ammessa per almeno due ragioni:
❖ la plasticizzazione comporta una deformazione permanente e quindi un’alterazione permanente (non reversibile) della geometria del corpo
❖ nel campo plastico a piccoli incrementi di carico corrispondono grossi incrementi di deformazione.
Resistenza a sforzo normale dei materiali
R. Nobile –Elementi di Meccanica Strutturale La prova di trazione
Uni ver sità del Salento
23
Coefficiente di sicurezza
Da un punto di vista pratico, la massima tensione statica agente in un corpo viene limitata alla massima tensione di pericolo (lo snervamento per i materiali duttili) opportunamente ridotta di un coefficiente di sicurezza.
Si definisce quindi la cosiddetta tensione ammissibile
Il coefficiente di sicurezza dipende dai seguenti fattori:
- incertezza sui carichi
- incertezza sul comportamento dei materiali
- incertezza sui modelli di calcolo dello stato tensionale - importanza dell’elemento costruttivo
Resistenza a sforzo normale dei materiali
R. Nobile –Elementi di Meccanica Strutturale La prova di trazione
Uni ver sità del Salento
𝜎𝑎𝑚𝑚 = 𝜎𝑦 𝑠
Verifica di resistenza a sforzo monoassiale
Poiché in generale i materiali, possono avere un diverso comportamento a trazione e a compressione nei riguardi della resistenza, si potrà definire una tensione ammissibile a trazione e una compressione.
Per verificare quindi la resistenza a sforzo normale di un componente, occorrerà verificare che:
Tale verifica è valida solo nel caso di uno stato sforzo monoassiale, perché conosciamo lo stato tensionale che determina la rottura durante una prova di trazione
Resistenza a sforzo normale dei materiali
R. Nobile –Elementi di Meccanica Strutturale La prova di trazione
Uni ver sità del Salento
−𝜎𝑎𝑚𝑚,𝑐 ≤ 𝜎 ≤ 𝜎𝑎𝑚𝑚,𝑡
