CAPITOLO 8
Prova di Trazione
8.1 Introduzione
Per la caratterizzazione del comportamento meccanico della schiuma sintattica sottoposto ad uno stato di tensione di trazione si è fatto riferimento alla normativa ASTM – D638M – 93 “Standard test method for tensile properties of plastics”, norma che specifica le modalità per la determinazione delle proprietà meccaniche a trazione di materiali plastici non rinforzarti o rinforzati.
Sono stati testati 10 provini in schiuma sintattica miscelata sotto vuota, e montati su una macchina di prova Instron con cella di carico 100 kN.
Particolare attenzione è stato rivolta alla presa del provini tramite il sistema di presa della macchina, e a questo scopo sono state effettuate una serie di prove preliminari.
Per la misurazione del modulo elastico del materiale si è utilizzato un estensometro avente una gage lenght di 25,4 mm, posizionato in corrispondenza della mezzeria del provino.
8.2 Preparazione dei provini
I provini sono stati ricavati da panelli di schiuma sintattica dello spessore di 5 mm, ricavatati per laminazione successiva alla miscelazione sotto vuoto dei componenti costituenti la schiuma. I panelli una volta laminati sono stati posizionati tra due lastre di acciaio e messi in autoclave per completare la reticolazione del materiale.
Successivamente i provini, i cosiddetti “dog-bone” sono stati ritagliati secondo la geometria indicata (figura 8.1), tramite taglio a getto d’acqua, con testa a controllo numerico.
Figura 8.1 – Provino per prova di trazione ASTM - D 638M – Tipo M1- Dimensioni in mm
I panelli di schiuma, durante la lavorazione, sono stati avvolti da film di polietilene, durante questa fase si sono formate delle pieghe e delle ondulazioni che hanno lasciato delle tracce sui alcuni provini.
Inoltre durante la fase di formatura, la resina tende ad addensarsi in superficie, formando una specie di pellicola che conferisce al materiale un’ottima finitura superficiale, ma anche una certa disomogeneità, che tuttavia non influisce sull’analisi sperimentale.
8.3
Analisi dei dati sperimentali
Sono state eseguite 10 prove sperimentali, due provini si sono rotti tra le ganasce a causa di un difetto di ondulazione riscontrato proprio in corrispondenza delle zone di prese. In un'altra prova c’è stato un errore nell’acquisizione dei risultati.
Le grandezze misurate sono state:
o Resistenza a trazione: rapporta tra il carico massimo e l’area della sezione di rottura
o Modulo di elasticità normale: calcolato nella zona lineare della curva sforzo deformazione, misurando la deformazione tramite un estensometro avente una gage lenght di 25,4 mm
o Allungamento percentuale a rottura: rapporto in percentuale tra la dilatazione massima misurata dall’estensometro e la gage lenght.
Provino
Area di
rottura (mm²) Tensione Max(MPa) Modulo Elastico (MPa) Allungamento a rottura % Note
1 37,765 14,86 1469 1,07
2 38,595 15,6 Errore di acquisizione 3 37,765 14,88 1600 0,95
4 10,32 1706 Rotto tra le ganasce 5 39,425 16,65 1478 1,17
6 39,312 14,42 1436 0,95
7 40,785 12,6 1444 Difetto superficiale 8 Rotto tra le ganasce 9 42,595 15,6 1431 1,11
10 41,8 14,9 1530 0,97
Tabella 8.1 – Prova di Trazione – Analisi dati
I provini si rompono tutti in maniera perfettamente fragile, le superfici di rottura combaciano perfettamente senza mostrare alcuna deformazione di tipo plastico.
Le curve tracciate hanno quindi un andamento tendenzialmente lineare.
A titolo esemplificativo si riporta la curva sforzo-deformazione tracciata per il provino numero 9 ( figura 8.2), e le curve relative a tutti i provini riportati in unico grafico (figura 8.3).
Figura 8.3 – Curva tensione - deformazione di tutti i provini
o Misurazione della resistenza a trazione
La tabella 8.2 riporta i valori della tensione massima misurata durante le prove, si sono omessi i valori relativi ai provini che si sono rotti in maniera anomala.
La tabella 8.3 riporta invece le caratteristiche statistiche di base relative ai valori misurati:
Provino Area (mm²) Tensione Max (MPa)
1 37,765 14,86 2 38,595 15,6 3 37,765 14,88 5 39,425 16,65 6 39,312 14,42 9 42,595 15,6 10 41,8 14,9
Valore Massimo (MPa) 16,65
Valore Minimo (MPa) 14,42
Ampiezza del campo di variabilità (MPa) 2,23
Media (MPa) 15,27
Moda (MPa) 15,6
Mediana (MPa) 14,9
Deviazione Standard (MPa) 0,74
Numero Prove 7
Tabella 8.3 – Caratteristiche statistiche di base relative alla misurazione della tensione massima
In base ai dati riportata si è eseguita un’analisi delle frequenze, suddividendo l’intervallo di variabilità dei risultati in 6 intervalli, riportati in tabella 8.4:
Intervallo freq. freq. freq.
intervallo i LIM INF LIM SUP Assoluta Cumulativa relativa
1 14,42 14,79 1 1 0,14 2 14,79 15,16 3 4 0,43 3 15,16 15,54 0 4 0,00 4 15,54 15,91 2 6 0,29 5 15,91 16,28 0 6 0,00 6 16,28 16,65 1 7 0,14
Tabella 8.4 – Misura Tensioni Rottura - Analisi delle frequenze
Frequenze Assolute 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 1 2 3 4 5 6 i-esimo intervallo
Frequenze Cumulative 0 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 i-esimo intervallo
Figura 8.5 – Tensione Massima - Istogramma delle frequenze cumulative
Frequenze Relative 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 1 2 3 4 5 6 i-esimo intervallo Figura 8.6 – Tensione Massima - Istogramma delle frequenze relative
o Misurazione dell’allungamento a rottura
La tabella (8.5) riporta i valori dell’allungamento percentuale a rottura del materiale durante la prova di trazione. L’allungamento percentuale a rottura è stato calcolato secondo la 8.1:
100 max %= − ⋅ ∆ Lo Lo L
L (8.1 – Allungamento percentuale a rottura)
Lmax - Lo: allungamento massimo misurato Lo : lunghezza iniziale
Provino Allungamento % 1 1,07 3 0,95 5 1,17 6 0,95 9 1,11 10 0,97
Tabella 8.5 – Misurazione dell’allungamento % a rottura
Valore Massimo 1,17
Valore Minimo 0,95
Ampiezza dl campo di Variabilità 0,22
Media 1,04
Moda 0,95
Mediana 1,02
Deviazione Standard 0,09
Numero di prove 6
Tabella 8.6 – Caratteristiche statistiche di base relative alla misurazione dell’allungamento % a rottura
In base ai dati riportata si è eseguita un’analisi delle frequenze, suddividendo l’intervallo di variabilità dei risultati in 6 intervalli, riportati in tabella 8.7
Intervallo freq. freq. freq.
intervallo i LIM INF LIM SUP Assoluta Cumulativa relativa 1 0,95 0,99 3 3 0,43 2 0,99 1,02 0 3 0,00 3 1,02 1,06 0 3 0,00 4 1,06 1,10 1 4 0,14 5 1,10 1,13 1 5 0,14 6 1,13 1,17 1 6 0,14
Frequenze Assolute 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 1 2 3 4 5 6 i-esimo intervallo
Figura 8.7 – Allungamento % a rottura - Istogramma delle frequenze assolute
Frequenze Cumulative 0 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 i-esimo intervallo
Figura 8.8 – Allungamento % a rottura - Istogramma delle frequenze cumulative
Frequenze Relative 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 1 2 3 4 5 6 i-esimo intervallo
La tabella (8.8) riporta i valori del modulo di elasticità normale durante le prove, la tensione agente sul provino è stata calcolata come il rapporto tra la il carico misurato dalla cella di carico e la sezione del provino, la deformazione del provino è stata misurata tramite un estensometro con gage lenght di 25.4 mm posizionato in prossimità della mezzeria del provino. I valori rilevati sono:
Provino Modulo Elastico(MPa)
1 1469 3 1600 4 1706 5 1478 6 1436 7 1444 9 1431 10 1530
Tabella 8.8 – Misurazione del modulo di elasticità
Valore Massimo (MPa) 1706
Valore Minimo (MPa) 1431
Ampiezza del campo di variabilità (MPa) 275
Media (MPa) 1511,75
Mediana (MPa) 1473,5
Deviazione Standard (MPa) 96,86
Numero Elementi 8
Tabella 8.9 – Caratteristiche statistiche di base relative alla misurazione della tensione massima
In base ai dati riportata si è eseguita un’analisi delle frequenze, suddividendo l’intervallo di variabilità dei risultati in 6 intervalli, riportati in tabella 8.10
Intervallo freq. freq. freq.
Intervallo i LIM INF LIM SUP Assoluta Cumulativa relativa
1 1431,00 1476,83 4 4 0,57 2 1476,83 1522,67 1 5 0,14 3 1522,67 1568,50 1 6 0,14 4 1568,50 1614,33 1 7 0,14 5 1614,33 1660,17 0 7 0,00 6 1660,17 1706,00 1 8 0,14
Tabella 8.10 – Caratteristiche statistiche di base relative alla misurazione del modulo di elasticità 8. Frequenze Assolute 0 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 6 7 i-esimo intervallo
Figura 8.10 – Modulo di elasticità- Istogramma delle frequenze assolute
Frequenze Cumulative 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 i-esimo intervallo
Frequenze Relative 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 1 2 3 4 5 6 i-esimo intervallo
