UN test di resistenza Si tratta di una prova sperimentale che viene eseguita su un campione di materiale per determinare quanto bene resiste alle sollecitazioni di trazione. Grazie ad esso, è possibile conoscere molte delle proprietà meccaniche del materiale e determinare se è appropriato per un particolare progetto..
Il campione è solitamente un cilindro chiamato provetta. Questa è sottoposta ad una tensione, consistente nell'applicare alle estremità due forze opposte che allungano la barra e la deformano. Il test continua esercitando sforzi crescenti, fino a quando il campione si rompe definitivamente.
Notare l'entità delle forze e la deformazione che producono nel provino, dalle piccole forze che non causano deformazioni permanenti, alla sollecitazione che causa la rottura del pezzo..
Qui termina la raccolta dei dati e viene redatto un grafico sforzo-deformazione, che servirà per analizzare il comportamento di materiali come metalli, ceramica, cemento, legno e polimeri..
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L'esperimento viene svolto utilizzando macchine speciali come quella mostrata in figura 1, che prevedono lo sforzo necessario per caricare e poi scaricare il materiale per valutarne la deformazione..
Per quanto riguarda il provino, si tratta di un tubo a sezione costante, cilindrico, rettangolare o quadrato, le cui dimensioni sono standardizzate. Le estremità sono più larghe per facilitare il fissaggio al portacampioni, come mostrato nella figura 2 a sinistra.
La lunghezza iniziale Lo La regione calibrata viene misurata e contrassegnata sulla provetta. Viene quindi fissato alla macchina di prova e la macchina di prova inizia..
I materiali hanno comportamenti diversi sotto stress, mostrati nel grafico seguente per il quale è stato utilizzato l'acciaio. Le forze applicate sull'asse verticale sono indicate con la lettera greca σ e la deformazione sull'asse orizzontale, chiamata ε.
La deformazione non ha dimensioni, poiché è il quoziente tra la variazione di lunghezza del provino ΔL = LF - Lo e la lunghezza iniziale. A) Sì:
ε = ΔL / Lo
Da parte sua, l'entità della sollecitazione σ è il rapporto forza / area della sezione trasversale.
Nel grafico si distinguono due regioni importanti: zona elastica e zona plastica.
Quando la tensione di trazione σ è piccola, la deformazione è proporzionale, nota come legge di Hooke:
σ = Y ε
Una volta cessato lo sforzo, il corpo ritorna alle sue dimensioni originali. Questa è la regione elastica a colori nella Figura 3, che si estende fino al punto chiamato limite di proporzionalità. Fino a quel momento il materiale obbedisce alla legge di Hooke.
La costante di proporzionalità Y è la Modulo di Young, caratteristica del materiale e che può essere determinata da prove di trazione e compressione.
Il modulo di Young ha unità di pressione, nel sistema internazionale [Y] = N / m ^ 2 = Pa. La deformazione, come già accennato, è adimensionale, quindi la sollecitazione σ ha anche dimensioni di forza dovute all'unità di area della sezione trasversale e in SI la sua unità sarà il pascal: [σ] = N / m ^ 2 = Pa.
Dal limite di proporzionalità e aumentando lo stress, si avanza in una regione in cui la deformazione è reversibile ma non obbedisce alla legge di Hooke. Termina nel punto da cui il corpo è permanentemente deformato, chiamato limite elastico.
Il materiale quindi entra nella regione del comportamento plastico. Una volta superata la zona di comportamento elastico, l'acciaio entra nella regione del Cedendo sforzo o creep, in cui il provino si deforma ma non si rompe, sebbene la sollecitazione rimanga costante a σY.
Una volta superata la zona di snervamento, la deformazione aumenta con la sollecitazione applicata, ma non più in modo lineare..
Il materiale subisce modifiche a livello molecolare e si verifica un indurimento. Pertanto vediamo che sono necessari sforzi crescenti per ottenere una deformazione.
Il limite di questa zona è in ultimo sforzo. Il materiale è considerato rotto a questo punto, sebbene l'esemplare sia ancora intero. Da lì, il carico necessario per produrre la deformazione viene ridotto e il provino diventa gradualmente più sottile (stenosi) fino a quando non si rompe (figura 2, a destra).
Questa curva e le sue regioni sono chiamate sollecitazioni da frattura convenzionali. Ma sopra c'è una curva tratteggiata, chiamata vero stress da frattura, che si ottiene registrando la lunghezza istantanea o reale del provino, invece di lavorare con la lunghezza originale per trovare la deformazione, come spiegato all'inizio.
Entrambe le curve, quella vera e quella convenzionale, coincidono nella zona di piccoli sforzi fino alla zona di resa. In ogni caso è previsto che il materiale lavori nel campo elastico per evitare deformazioni permanenti che impediscano il buon funzionamento del manufatto..
Quindi tra i dati più importanti ottenuti dal test c'è lo stress σY che definisce il limite elastico.
Il materiale utilizzato come modello nella descrizione precedente è l'acciaio, ampiamente utilizzato nell'edilizia e nell'industria. Ma ci sono molti materiali come cemento, cemento, vari metalli, leghe e legno, che sono anche ampiamente utilizzati..
Ognuno ha una caratteristica curva sforzo-deformazione e, in base alla sua risposta allo stress o alla trazione, sono classificati in due categorie: fragili o duttili..
Nel grafico seguente σ contro ε (sforzo-deformazione) vengono confrontati materiali fragili (fragile) e duttile (duttile), anche se è necessario chiarire che lo stesso materiale può avere l'una o l'altra risposta a seconda di fattori come la temperatura. I materiali tendono a essere fragili a basse temperature.
La notevole differenza tra i due è che il materiale fragile manca o ha una regione di resa molto piccola. Non appena viene superato il limite elastico, il provino si rompe. D'altra parte, i materiali duttili assorbono più energia prima di rompersi, perché hanno un'ampia zona di plastica.
Lo stress test è utile per classificare il materiale, essendo preferibile a seconda dell'applicazione l'uso di materiali duttili, poiché assorbono più energia e sono in grado di deformarsi molto prima della frattura.
Va anche notato che sebbene alcuni materiali siano fragili sotto stress, possono resistere meglio ad altre sollecitazioni, come vedremo di seguito..
-ghisa grigia: fragile in tensione, più forte in compressione.
-Bronzo: duttile.
-Calcestruzzo: fragile a seconda del tipo di impasto, ma molto resistente alla compressione. Quando sta per essere sottoposto a tensione, necessita di rinforzo mediante barre di acciaio.
-Legna: a seconda dell'origine, è moderatamente duttile.
-Acciaio: fragile se ad alto tenore di carbonio.
-Metacrilato: duttile all'aumentare della temperatura.
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