Prove meccaniche - Parte 1 -

(1)

Prove meccaniche - Parte 1 -

Dip. di Ingegneria Chimica, dei Materiali e della Produzione Industriale Università Federico II di Napoli

Corso di Laurea in Ingegneria Edile (A.A. 2021-22)

Corso di «Tecnologia dei Materiali e Chimica Applicata»

(Prof. Fabio Iucolano)

(2)

Introduzione

Per valutare il comportamento meccanico di un materiale si ricorre a prove sperimentali effettuate in condizioni standardizzate su provini di geometria semplici e soggetti a condizioni di carico prefissate.

Il risultato di tali prove è spesso fortemente influenzato dal modo in cui è effettuata la prova stessa, che pertanto deve essere eseguita secondo delle procedure standardizzate, definite da apposite Norme.

Ente Italiano: UNI Norme UNI Ente Europeo: CEN Norme EN

Norme UNI EN = norma EN recepita in Italia Altri organismi Internazionali: ISO, ASTM

A tali sigle segue un numero identificativo e l’anno di emanazione.

(3)

Classificazione

- tipologia di sollecitazione -

(4)

Classificazione

- modalità di applicazione della sollecitazione -

Prove statiche: viene applicato un carico costante o lentamente crescente nel tempo.

Prove cicliche:

il carico varia tra un valore minimo e un valore massimo per un numero di volte elevato.

Prove ad urto:

il carico è applicato molto rapidamente allo

scopo di verificare la capacità del materiale

di assorbire l’energia dell’impatto.

(5)

Prova di trazione

E’ una prova statica, distruttiva, molto versatile, in quanto in grado di fornire indicazioni su diverse tipologie di materiali.

Un provino, in genere di forma cilindrica, viene sottoposto a trazione, e di conseguenza si deforma fino a giungere a rottura.

L’andamento di tale prova viene mostrato mediante la cosiddetta curva

«sforzo-deformazione»

Sforzo nominale σ = F/A

₀

[MPa]

Deformazione nominale ε = (l-l

₀

)/l

₀

= Δl/l

₀

1Pa = 1N/1m²1MPa=10⁶ Pa = 1N/1mm²

(6)

Cella di carico: misura il carico applicato

Prova di trazione

- Apparecchiatura tipo -

Estensimetro: misura l’allungamento

(7)

Cella di carico Traversa mobile

Morsetti per il fissaggio

Provino

Prova di trazione

- Apparecchiatura tipo -

Estensimetro

(8)

Curva sforzo-deformazione

- Modulo di elasticità -

Sforzo (σ)

Deformazione (ε)

ELASTICITA’ LINEARE

σ ^{= E•} ε (Legge di Hooke)

E = Modulo di Young = tg a

a

N.B. Più è elevato il valore di E, più il materiale è rigido!

«Ut tensio, sic vis»

Hooke, 1678

«Ut tensio, sic vis»

Hooke, 1678

(9)

Moduli elastici di alcuni materiali

N.B. Nota la correlazione tra i valori di E e la tipologia di legame atomico.

(10)

Curva sforzo-deformazione

- carico di snervamento -

σ

ε

σ

_S

Campo elastico

Campo plastico

σ

_s

= carico oltre il quale si passa dal campo elastico a quello plastico

Le attuali norme sulle costruzioni classificano la resistenza degli acciai da costruzione o da cls armato in base alla loro resistenza allo snervamento!

(11)

σ

ε·100 0.2%

σ

_{S, 0.2%}

Carico di snervamento convenzionale

Quando lo snervamento non è immediatamente visibile dall’andamento della curva, si definisce uno snervamento «convenzionale», pari a quel valore del carico per il quale, dopo la sua rimozione, resta una deformazione residua dello 0.2%.

Snervamento «convenzionale»

(12)

F F

FRATTURA

σ_R si chiama «carico di rottura» ed è il massimo carico che il provino è in grado di sopportare prima di giungere a rottura.

In corrispondenza di tale carico si verifica la strizione:

assottigliamento localizzato della sezione del provino.

Curva sforzo-deformazione

- carico di rottura e strizione -

σ

ε

σ

_R

X

ε

_f

(13)

σ

ε

Tenacità: graficamente è espressa dall’area sottesa dalla curva, e rappresenta l’energia che un’unità di volume del materiale è in grado di assorbire prima di giungere a rottura.

ε

_f

K = ∫

^ε^f

^σdε

0

∙

Curva sforzo-deformazione

- Tenacità -

(14)

• E: Modulo di Elasticità o Modulo di Young,[GPa]

• σ

_s

: Carico (unitario) di snervamento, [MPa]

• σ

_r

: Carico (unitario) di rottura, [MPa]

• A% = ε

_f

•100: Allungamento percentuale a rottura

• Tenacità: [J/m

³

]

Prova a trazione

- Riepilogo delle proprietà misurate -

(15)

Proprietà meccaniche di alcuni materiali

Materiale Densità Densità (g/cm³) EE

(GPa) Condizione RR_s

(MPa)

RR

(MPa) AA_max (%)

(16)

Curve sforzo-deformazione tipiche

Ceramici

Metallici

Polimerici σ

ε 1

2

3

(17)

Relazione tra comportamento

meccanico e temperatura

(18)

Prova trazione su acciaio A36

Vedi video n.5 da sito docente (contenuti multimediali)

(19)

Esercizi

Esercizio n. 1 Esercizio n. 1

Un tondino di acciaio di diametro 10 mm e lunghezza 50 cm regge un corpo di massa 1000 kg. (Si assuma E=210 GPa, R_s=300 MPa).

a) Qual è lo sforzo applicato al materiale?

b) Qual è la deformazione subita dal materiale?

c) Di quanto si allunga la barra?

a)

2

% 3

b)

2

c)

(20)

Un tondino di acciaio di diametro 20 mm e lunghezza 50 cm regge un corpo di massa 1000 kg. (Si assuma E=210 GPa, R_s=300 MPa).

a) ²

% 3

b)

2

c)

N.B. Il raddoppio del diametro della barra, ha portato ad una diminuzione sia di σ sia della conseguente ε

Esercizi

Esercizio n. 2

(21)

Un tondino di una lega di Al di diametro 20 mm e lunghezza 50 cm regge un corpo di massa 1000 kg. (Si assuma E=70 GPa, R_s=75 MPa).

a)

2

% 3

b)

2

c)

N.B.

ε

e ΔL aumentano, in quanto il materiale è meno rigido (il valore di E è minore rispetto all’acciaio).

Esercizi

Esercizio n. 3

(22)

Un tondino di policarbonato di diametro 20 mm e lunghezza 50 cm regge un corpo di massa 1000 kg. (Si assuma E=2 GPa, R_s=60 MPa).

a)

2

% 3

b)

2

c)

N.B. Il materiale polimerico presenta un valore di E circa 100 volte minore rispetto all’acciaio, la ε ed il ΔL aumentano ancora di più.

Esercizi

Esercizio n. 4

(23)

Un tondino di un materiale incognito di diametro 20 mm e lunghezza 50 cm regge un corpo di massa 1000 kg ed ha subito un allungamento di 0.35 mm che recupera completamente ed istantaneamente dopo la rimozione del carico. Qual è il modulo elastico del materiale con cui è stato realizzato il tondino?

2

%

2

N.B. La deformazione è del tutto elastica, il materiale è probabilmente un metallo. Dal valore di E si deduce che potrebbe trattarsi di una lega di magnesio.

Prove meccaniche - Parte 1 -