comprendono quelle proprietà fisiche che descrivono ilcomportamento di un solido sottoposto all’applicazione di una forza,

che può essere rappresentata dal suo stesso peso o da unasollecitazione esterna

PROPRIETPROPRIETÀÀ MECCANICHEMECCANICHE

descrivono il comportamento del materialeassoggettato a forze statiche o dinamiche.

Comportamento sforzo-deformazione (elastico, plastico, viscoelastico) e resistenza statica,

comportamento ad alta temperatura, comportamento a frattura, comportamento a fatica

RESISTENZARESISTENZA

caratteristica meccanica che immaginiamo ma precisamente cosa significa parlare di materiale resistente?

trazionecompressionetagliotorsioneurto

iin n tuttitutti i i casicasi la la resistenzaresistenza èè la la sollecitazionesollecitazionenecessarianecessaria per la per la rotturarottura del del provinoprovino

flessione

U1

Diapositiva 2

U1 A seconda della funzione che il materiale deve svolgere va progettato per avere un determinato tipo di resistenza: x esempio fibre polimeriche resistono bene alla tensione, calcestruzzo resiste bene alla compressioneUtente, 2/7/2006

PROPRIETPROPRIETÀÀ MECCANICHEMECCANICHEUna qualsiasi struttura si trova normalmente Una qualsiasi struttura si trova normalmente

assoggettata a forze che possono essere di tipo assoggettata a forze che possono essere di tipo staticostatico, cio, cioèè sostanzialmente costanti nel tempo, o sostanzialmente costanti nel tempo, o

dinamicodinamico, cio, cioèè variabili nel tempo con modalitvariabili nel tempo con modalitàà diverse. diverse.

In tutti i casi lIn tutti i casi l’’applicazione di una forza crea uno stato di applicazione di una forza crea uno stato di sollecitazionesollecitazione che causa nella struttura una che causa nella struttura una deformazionedeformazione. .

Si definisce Si definisce sforzosforzo ((σσ ) il rapporto tra la forza () il rapporto tra la forza (FF) ) e la superficie (e la superficie (AA) su cui agisce:) su cui agisce:

Esistono tre principali stati di sollecitazione statica: Esistono tre principali stati di sollecitazione statica: trazionetrazione, , compressionecompressione e e tagliotaglio. .

AF

=σ

La condizione di La condizione di trazione o compressionetrazione o compressione semplice (semplice (ss) ) si realizza in presenza di una forza che agisce si realizza in presenza di una forza che agisce

perpendicolarmente ad una superficie (perpendicolarmente ad una superficie (aa), ), mentre lo sforzo di mentre lo sforzo di tagliotaglio ((ττ)) èè generato da una forza generato da una forza

che agisce parallelamente ad una superficie (che agisce parallelamente ad una superficie (bb).).

LL’’unitunitàà di misura degli sforzi di misura degli sforzi èè il il PascalPascal (1 Pa = 1 N(1 Pa = 1 N⋅⋅mm--22). ).

Tale unitTale unitàà èè però troppo piccola da un punto di vista pratico, però troppo piccola da un punto di vista pratico, per cui si usa comunemente un suo multiplo, il per cui si usa comunemente un suo multiplo, il MPaMPa. .

Esempio:Esempio:

Se una persona che ha una massa di 100 kg sale Se una persona che ha una massa di 100 kg sale su un mattone con una sezione trasversale di 80 cmsu un mattone con una sezione trasversale di 80 cm22

esercita una forza di 980 N; esercita una forza di 980 N; lo sforzo di compressione lo sforzo di compressione èè 12,25 N 12,25 N ⋅⋅ cmcm--22 = =

= 0,1225x10= 0,1225x1066 N N ⋅⋅ mm--2 2 = 122500= 122500 Pa = 0,1225 MPaPa = 0,1225 MPa

LL’’applicazione di uno sforzo ad una porzione di materiale applicazione di uno sforzo ad una porzione di materiale di determinata forma provoca di determinata forma provoca

una variazione dimensionale e di forma del pezzo. una variazione dimensionale e di forma del pezzo. Nel caso di sforzo di trazione o compressione, Nel caso di sforzo di trazione o compressione,

la deformazione (la deformazione (ee) ) èè espressa dal rapportoespressa dal rapporto

dove dove ll00 e e ll sono rispettivamente la dimensione del pezzo sono rispettivamente la dimensione del pezzo nella direzione della forza, prima e dopo la sua applicazione; nella direzione della forza, prima e dopo la sua applicazione;

ΔΔl l èè la variazione dimensionale generata la variazione dimensionale generata dalldall’’applicazione dello sforzo. applicazione dello sforzo.

La deformazione e La deformazione e èè una grandezza adimensionale, una grandezza adimensionale, in quanto in quanto èè data dal rapporto tra due lunghezze data dal rapporto tra due lunghezze

e può essere espressa in %.e può essere espressa in %.Un mattone con sopra una persona si accorcia di circa 10Un mattone con sopra una persona si accorcia di circa 10--55 mm (Dl); mm (Dl);

nel caso di strutture grandi, come un ponte su cui passano nel caso di strutture grandi, come un ponte su cui passano automobili ed autocarri, la deformazione diventa sensibile.automobili ed autocarri, la deformazione diventa sensibile.

00

0

ll

lll Δ=

−=ε

TIPI DI DEFORMAZIONITIPI DI DEFORMAZIONI

trazione e compressione taglio

flessione torsione

DEFORMAZIONE PROVINIDEFORMAZIONE PROVINI

Nel caso invece di uno sforzo di taglio, Nel caso invece di uno sforzo di taglio, la deformazione la deformazione èè data dal rapporto:data dal rapporto:

ϑγ tan==bd

dove dove ϑϑ èè ll’’angolo di taglioangolo di taglio

Vale la relazione:Vale la relazione:

ττ = G= GγγLa costante di proporzionalitLa costante di proporzionalitàà GG (misurata in MPa o GPa) (misurata in MPa o GPa)

prende il nome di modulo di taglio.prende il nome di modulo di taglio.

DIAGRAMMA TENSIONEDIAGRAMMA TENSIONE--DEFORMAZIONEDEFORMAZIONE

In generale un materiale sottoposto ad una sollecitazione modesta sideforma in modo reversibile e pertanto se la sollecitazione vieneeliminata il materiale recupera la sua geometria iniziale. Questocomportamento è definito elastico e la deformazione associata è la deformazionedeformazione elasticaelastica. Esiste un valore detto limite elastico oltre ilquale il materiale assume un comportamento detto plastico e la deformazione che assume è detta deformazionedeformazione plasticaplastica

DEFORMAZIONE (strain)

TENSIONE (stress)

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡=mm

LL-Lε0

0

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡= 2

0 mN

AFσ

CURVA CURVA σσ//εε

DIAGRAMMA TENSIONEDIAGRAMMA TENSIONE--DEFORMAZIONE DEFORMAZIONE (continua)(continua)

L'altezza della curva quando il campione si rompe è, ovviamente, la resistenza a trazione ed il modulo a trazione è la pendenza diquesta curva. Se la pendenza è ripida, il campione ha un alto modulo a trazione, cioé resiste alla deformazione. Se la pendenza è bassa, ilcampione ha un basso modulo e, quindi, si deforma facilmente

EsEs: Resistenza a trazione: Resistenza a trazione(UNI EN10002)(UNI EN10002)

Il primo tratto del grafico σ-ε è spesso approssimabileapprossimabile ad ad unauna rettaretta; in questocaso il materiale presenta un comportamento detto linearelineare--elasticoelastico nel qualele deformazioni misurate sono direttamente proporzionali alle tensioni agentie le deformazioni si annullano al cessare del carico. Il rapporto fra tensioneapplicata e deformazione è una costante tipica del materiale che prende ilnome di modulo modulo didi YoungYoung

MODULO DI YOUNG (o di elasticitMODULO DI YOUNG (o di elasticitàà))

Se si diminuisce il carico il punto rappresentativo sul diagramma σ-εripercorre il tracciato a ritroso sino all’origine degli assi evidenziando

l’assenzaassenza didi deformazionideformazioni residueresidue

MPa][εσE ==

•• Bulk Modulus (K)Bulk Modulus (K) = forza media per unità si area/variazioni in volume per unità di volume•• Shear Modulus (G)Shear Modulus (G) = forza tangenziale per unità di area/deformazione angolare

U11

Diapositiva 13

U11 Tanto più un materiale è rigido tanto maggiore sarà il valore del modulo elastico e quindi meno deformabile sarà il materialeUtente, 2/7/2006

ρ(gr/cm3)

E(GPa)

σc(MPa)

σt(MPa)

TERRA 1,6-2,1 0,01-0,05 0,5-1,0 -PIETRA 1,9-3,0 2-150 1-300 1-10CALCESTRUZZO 2,4 20-50 30-70 2-5MATTONI 1,5-1,8 5-25 10-50 5-10VETRO 3 70 1000 100ACCIAIO 7,8 200 300-500 300-500RESINA 1.6 59 77PVC 1,1-1,5 3 40 10LEGNO (direzione fibre) 0,6-0,9 15(¦ )-0,5(- ) 50(¦ )-5(- ) 100(¦ )-3(- )

MODULO DI POISSON (MODULO DI POISSON (νν))

dΔd

lΔl

εεν

allongitudin

lateral =−=

( )ν12GE +=

G (G (shearshear modulusmodulus)) è la pendenza iniziale della curva sforzo-deformazione di taglio (shear stress vs. shear strain)

⊆ [-1, 1/2]

U12

MSOffice2

Diapositiva 15

U12 The minus sign indicates that the part decreases in cross-sectional area under tension, or increases in cross-sectional area under compression, at right angles to the loadUtente, 2/7/2006

MSOffice2 Materiali rigidi comuni (acciaio) vale circa 1/3 e poco meno di ½ per materiali gommosi e per tessuti biologici molli , 5/12/2008

RRss

RRs0,2%s0,2%

I due modi di individuare la resistenza di snervamento (Rs)

TENSIONE DI SNERVAMENTO (TENSIONE DI SNERVAMENTO (yieldyield strengthstrength))

per molti materiali si nota un valore di tensione in corrispondenza del quale la deformazione comincia ad aumentare molto rapidamente senza

un equivalente incremento di tensione. Tale tensione é definitatensionetensione didi snervamento snervamento σσss e caratterizza il passaggiopassaggio del del materialemateriale

dallodallo statostato elasticoelastico a a quelloquello plasticoplastico.

materialimateriali duttiliduttili il punto di snervamento si identificafacilmente grazie al fatto che, in corrispondenza ad esso, la tensione rimane quasi costante;

materialimateriali fragilifragili non si nota una brusca variazione dellapendenza nel diagramma tensioni- deformazioni, per cui la tensione di snervamento non é facilmenteidentificabile. In questo caso, convenzionalmente, siutilizza il valore della tensione che si ottienedall’intersezione tra il diagramma σ-ε e una rettaparallela al tratto rettilineo del diagramma stesso, spostata di un valore di deformazione prefissato, usualmente 0.001-0.002 (o 0.1- 0.2%), che deve essereindicato. Superato lo snervamento, la rottura avvienesenza ulteriore apprezzabile deformazione

DISLOCAZIONIDISLOCAZIONI

INCRUDIMENTO DEGLI ACCIAI INCRUDIMENTO DEGLI ACCIAI PER DEFORMAZIONE PLASTICAPER DEFORMAZIONE PLASTICA

DIFETTI DI PUNTODIFETTI DI PUNTO

SOLUZIONE SOLIDASOLUZIONE SOLIDA

CURVA TENSIONECURVA TENSIONE--DEFORMAZIONE REALEDEFORMAZIONE REALE

tensioni nominali – deformazioni convenzionali

tensioni reali – deformazioni logaritmiche

( )1+= εσσ R AA

R0ln=ε

( )1ln += εεR

U14

Diapositiva 22

U14 Si nota che nel secondo caso di rappresentazione, non è evidente il valore del carico limite di rottura come nel primo caso.Utente, 2/7/2006

CURVA TENSIONECURVA TENSIONE--DEFORMAZIONEDEFORMAZIONE

i metalli si fratturano in corrispondenza del neck (strizionestrizione) senza subire ulteriore elongazione

le plastiche subiscono in corrispondenza del neck un’ulteriore deformazione chiamata drawingdrawing

COMPORTAMENTO FRAGILE O DUTTILECOMPORTAMENTO FRAGILE O DUTTILE

materiale fragilemateriale fragile

CERAMICICERAMICI

materiale duttilemateriale duttile

METALLIMETALLI

ROTTURA STATICA DI UN MATERIALE: TRAZIONEROTTURA STATICA DI UN MATERIALE: TRAZIONE

MECCANICA DELLA FRATTURA MECCANICA DELLA FRATTURA (continua)(continua)

Aspetto delle superficie di fratturaAspetto delle superficie di frattura fragile:fragile:liscia, trans o intergranulare, in certi casi di tipo conoide.liscia, trans o intergranulare, in certi casi di tipo conoide.

Aspetto delle superficie di fratturaAspetto delle superficie di frattura duttile:duttile:pipiùù o meno corrugata e costituita da un insieme di o meno corrugata e costituita da un insieme di

piccoli avvallamenti e protuberanze, piccoli avvallamenti e protuberanze, transgranularetransgranulare..

MECCANICA DELLA FRATTURATeoria di Griffith

PREMESSA: la resistenza meccanica effettiva dei materiali è notevolmente più bassa di quella teorica necessaria a vincere la coesione molecolare (da 100 a 1000 volte)

Secondo Griffith questa discrepanza è attribuibile alla presenza di difetti nel materiale (pori, microfessure) che producono delle sollecitazioni localizzate (σ’) notevolmente superiori alla tensione media (σ) cui il materiale stesso è sottoposto (concentrazionedegli sforzi) :

rcσσ 2=′

dove: c = metà della lunghezza della cavità

r = raggio di curvatura dell’estremità del diametro maggiore della cavità ellittica

σ

σLa teoria di Griffith vale per materiali perfettamente fragili sottoposti a tensione monoassiale

2c

σ’

La cricca diviene instabile e si propaga portando allo schianto quando

K = Kc tenacità a frattura

K=σ(πa)1/2

K=fattore di intensificazione degli sforzi

2a

σ

w

MECCANICA DELLA FRATTURAMECCANICA DELLA FRATTURA

un fallimento meccanico si realizza con la fratturafrattura che può essere caratterizzata dalla quantità di energia per unità di volume richiesta per produrre la frattura le fratture si propagano in 3 modifratture si propagano in 3 modi in un corpo:

Modo I: opening-mode

Modo II: sliding-mode

Modo III: tearing-mode

Modo I Modo II Modo III

U13

Diapositiva 31

U13 Il modo 1 è il più comune. Tearing vuol dire a strappoUtente, 2/7/2006

MECCANICA DELLA FRATTURA MECCANICA DELLA FRATTURA (continua)(continua)

fracture toughnessfracture toughness – MPa m1/2 - è un parametro quantitativo che descrive “la resistenza di un materiale alla frattura fragile quando al la resistenza di un materiale alla frattura fragile quando al

suo interno sia gisuo interno sia giàà presente una rottura (crack)presente una rottura (crack)”

se un materiale presenta un valore elevato di fracture toughnessprobabilmente andrà incontro ad una frattura di tipo duttile

fratture fragili sono tipiche di materiali che presentano un basso valore di fracture toughness

KKcc, K , K IcIc, K , K IIcIIc, K , K IIIcIIIc

KKcc è il fracture toughness di un materiale che ha uno spessore inferiore ad un valore critico definito B

K K IcIc è il fracture toughness di un materiale che ha uno spessore superiore ad un valore critico definito B

MECCANICA DELLA FRATTURA MECCANICA DELLA FRATTURA (continua)(continua)

quando lo spessore è uguale o superiore a B, e si applica uno stress sul materiale, il materiale si trova in uno stato definito planeplane stress stress (mantenendo B elevato si ottengono valori costanti di KIC in mod(mantenendo B elevato si ottengono valori costanti di KIC in modo tale o tale che durante la prova non ci sono deformazioni lungo la direzioneche durante la prova non ci sono deformazioni lungo la direzionedelldell’’intaglio)intaglio)

B = spessore minimo per distinguere fra KC e KICKIC = fracture toughness, quando il campione ha uno spessore superiore a Bσy = yield stress del materiale

KC = fracture toughness, spessore del campione <BY = costante legata alla geometria del campionea = crack length (surface crack), one half crack length (internal crack) σf = stress applicato al materiale

2

5.2 ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛≥

y

ICKBσ

afYKIC πσ=Kc

MECCANICA DELLA FRATTURA MECCANICA DELLA FRATTURA (continua)(continua)

KIC, KIIC, and KIIIC rappresentano valori di fracture toughness per materiali con spessore maggiore a B. Se si applica uno stress ad un tale campione si dice che esso si trova in in uno stato planeplane strainstrain. Le differenze fra KKICIC, K, KIICIIC, , ee KKIIICIIIC, non , non dipendono dallo spessore del campione ma sono valori associati adipendono dallo spessore del campione ma sono valori associati ai tre i tre diversi modi di frattura diversi modi di frattura

Materiale K1C [MPa (m)1/2]

Metalli

Aluminum alloy 36

Steel alloy 50Titanium alloy 44-66

Aluminum oxide 14-28Ceramici

Aluminum oxide 3-5.3

Soda-lime-glass 0.7-0.8

Concrete 0.2-1.4

Polimeri

Polymethyl methacrylate 1

Polystyrene 0.8-1.1

fratture fragilifratture fragili sono tipiche di materiali che presentano un

basso valore di fracture toughness

fratture duttilifratture duttili sono tipiche di materiali che presentano un elevato valore di

fracture toughness

INTERPRETAZIONE DEL DIAGRAMMA DA PROVA DI TRAZIONEINTERPRETAZIONE DEL DIAGRAMMA DA PROVA DI TRAZIONE

DEFORMAZIONI ELASTICHEDEFORMAZIONI ELASTICHE

DEFORMAZIONI PLASTICHEDEFORMAZIONI PLASTICHE

STRIZIONE STRIZIONE (NECK)(NECK)

TENACITTENACITÀÀ DEGLI ACCIAIDEGLI ACCIAI

Il materiale va in crisi per la propagazione di cricche

Il materiale va in crisi per scorrimento plastico

a- materiale perfettamenteelastico che non può sopportaredeformazioni plastiche (materialefragile)

b- materiale perfettamenteplastico che non ha nessunrecupero elastico

c- materiale elasto – plasticosenza incrudimento

d- materiale elasto – plastico con incrudimento

COMPORTAMENTI TIPICICOMPORTAMENTI TIPICI

aa bb

cc dd

ESEMPI DI COMPORTAMENTO IDEALEESEMPI DI COMPORTAMENTO IDEALE

Eferro= 196 GPaEacciaio= 190÷200 GPaEgomme= 0.01 ÷ 0.1 GPaEnylon= 3 ÷ 3.4 GPa

VetroVetro

Materiale Materiale metallicometallico

Materiale Materiale cellulosicocellulosico

Materia Materia plasticaplastica

PRINCIPALI PARAMETRI RICAVABILI DALLA CURVA PRINCIPALI PARAMETRI RICAVABILI DALLA CURVA σσ--εε IN TRAZIONEIN TRAZIONE

a: resistenza alla trazione (N/mm2);

b: limite di rottura (N/mm2);

c: limite di snervamento (N/ mm2);

d: limite di elasticità (N/ mm2);

e: modulo di snervamento;

f: modulo di elasticità;

g: modulo di rottura;

h: allungamento allo snervamento (%);

i: allungamento alla rottura (%);

Resilienza: l’energia necessaria a rompere il provino, è data dall’areasottesa dalla curva nel tratto elastico.

SCALA DI DUREZZA MOHS E CONFRONTI CON ALTRE SCALE SCALA DI DUREZZA MOHS E CONFRONTI CON ALTRE SCALE

confronto tra le scale di durezza

“1Talco

Materiali teneri rigabili con l’unghia2Gesso

“3Calcite

“4Fluorite

“5Apatite

Materiali semiduri rigabili con una punta d’acciaio6Ortoclasio

“7Quarzo

“8Topazio

“9Corindone

Materiali duri non rigabili con una punta d’acciaio10Diamante

CaratteristicheN°Minerale

quando si ripete un movimento, l’oggetto che compie lavoro si indebolisce. Per esempio durante la corsa le gambe ed i muscoli sono sottoposti a fatica, che li indebolisce nel tempo, diminuiscono le prestazioni in uscita

un materiale sottoposto a cicli di stresscicli di stress, su un lungo intervallo di tempo, presenta prestazioni meccaniche inferiori, rispetto al materiale non sollecitato (possono insorgere microcrack interni o possono insorgere microcrack interni o superficiali che possono condurre alla rottura del materialesuperficiali che possono condurre alla rottura del materiale)

ROTTURA A FATICAROTTURA A FATICA

applicazioni di stress al materiale che possono provocare la rottura a fatica: assiale, torsionale e flessorio

applicando sollecitazioni ciclichesollecitazioni cicliche, la rottura può avvenire per rottura può avvenire per condizioni di carico inferiori al valore di condizioni di carico inferiori al valore di tensiletensile//yieldyield strenghtstrenghtdeterminato per un carico staticodeterminato per un carico statico

lala rottura a fatica rottura a fatica èè di tipo di tipo brittlebrittle--likelike anche in materiali che normalmente hanno un comportamento di tipo duttile, quindi èimprovvisa e catastroficaimprovvisa e catastrofica

la rottura a faticala rottura a fatica avviene seguendo tre fasi distinte:1. Crack initiation nella zona di concentrazione dello stress2. Propagazione incrementale del crack3. Rottura del campione

ROTTURA A FATICA (ROTTURA A FATICA (continuacontinua))

CRACK: FASE INIZIALE E PROPAGAZIONECRACK: FASE INIZIALE E PROPAGAZIONE

Nf = Ni + Np

Il crack si propaga perpendicolarmenteperpendicolarmentealla direzione di applicazione della

tensione

Nf: numero di cicli prima della rotturaNi: numero di cicli anteriori al primo crackNp: numero di cicli prima della propagazione del crack

FATICAFATICA

VISCOELASTICITAVISCOELASTICITA’’Esistono materiali Esistono materiali

(ad esempio quelli polimerici) (ad esempio quelli polimerici) che sotto lche sotto l’’azione azione

di una forza presentano un di una forza presentano un comportamento intermedio comportamento intermedio tra quello dei solidi elastici tra quello dei solidi elastici

e quello dei fluidi; e quello dei fluidi; la loro risposta allo sforzo la loro risposta allo sforzo

èè ciocioèè in parte di tipo elastico in parte di tipo elastico ed in parte di tipo viscoso.ed in parte di tipo viscoso.

VISCOELASTICITVISCOELASTICITÀÀ

materiali viscoelastici sono quelli per cui il rapporto tensionerapporto tensione--deformazione dipende dal tempodeformazione dipende dal tempo e l’energia meccanica è dissipata mediante conversione in calore:

polimeripolimerilegnolegnotessuti umani (osso)tessuti umani (osso)

EsperimentoEsperimento didi RilassamentoRilassamento deglidegli sforzisforzi: a un dato istante til campione è sottoposto ad una deformazione improvvisa,

quindi si misura lo sforzo come funzione del tempo

0εσ(t)E(t) =

τ

MODELLO DI VOIGT (o KELVIN)MODELLO DI VOIGT (o KELVIN)

descrive il fenomeno di creepcreep

E ηεε(t) = ((t) = (σσ00/E)[1/E)[1--exp(exp(--t/ t/ λλ)])]dove λλ = = ηη/E/E

σ

ε

t

t

se a un dato istante ts il carico viene rilasciato si assiste al fenomeno di creepcreep recoveryrecovery

ts

retardation time (sec)

εεrecoveryrecovery= = εεoo-- εεo o expexp((--t/ t/ λλ))

CREEPCREEP

creep compliance0σ

ε(t)J(t) =

ε(t)

t

σ0/E

τ 2τ 3τ

63% 86% 95%

σ

t

U16

Diapositiva 49

U16 Sotto condizioni di carico costante si misurano le deformazioni del materiale al variare del tempo (si va ad analizzare il creep, la deformazione da scorrimento)Utente, 2/7/2006

MODELLO DI MAXWELLMODELLO DI MAXWELL

E

η

molla

ammortizzatore

σσ(t) = (t) = σσ00exp(exp(--t/t/ττ))

dove ττ = = ηη/E/E

relaxation time (sec)

descrive il fenomeno di stress stress relaxationrelaxation

VISCOPLASTICITVISCOPLASTICITÁÁ

DEFORMAZIONE DA CREEP (DEFORMAZIONE DA CREEP (continuacontinua))

Metalli:Metalli: legato al flusso delle vacanze che provoca una variazione della geometria del cristallo e contribuisce alla deformazione macroscopica

legato al movimento di atomi, molecole, dislocazioni e movimento di atomi, molecole, dislocazioni e vacanzevacanze (difetti nella struttura cristallina dati dall’assenza di atomi in posizioni

normalmente occupate), che avviene lentamente con il tempo in presenza di una sollecitazione di trazione e facilitato dalla temperatura facilitato dalla temperatura

elevata. Lelevata. L’’insieme di questi fenomeni insieme di questi fenomeni èè detto detto diffusionediffusione

Polimeri:Polimeri: a temperature maggiori di Tg, le catene di molecoleslittano una dopo l’altra al variare del tempo (a temperature minori questo meccanismo è reso più difficile da vari fattori)

DEFORMAZIONE DA CREEP (scorrimento)DEFORMAZIONE DA CREEP (scorrimento)

deformazione che si verifica al variare del tempo t sotto caricocostante; spesso tale fenomeno è associato alla presenza di uno stato

tensionale in condizioni di temperatura T elevata (> 0.4 Tmelting)

la temperatura a cui inizia lo scorrimento, definita TTcc, è tanto più alta quanto maggiore èla temperatura di fusione Tm del materiale; tipicamente si ha TTcc == 0.30.3 ÷÷ 0.60.6TTmm. In pratica, in materiali con bassa temperatura di fusione ilfenomeno del creep si può verificare anche a temperatura ambiente. Per i polimeripolimeri si deveconsiderare la temperaturatemperatura didi transizionetransizionevetrosavetrosa TTgg in in luogoluogo didi quellaquella didi fusionefusione. Si dice che un materiale ha temperatura di scorrimentoalta se TTcc>> 0.5 0.5 TTmmεε = = εε ((σσ,t,T),t,T) U15

Diapositiva 53

U15 1. stadio primario o transitorio, nel quale sono presenti sia una deformazione elastica che plastica; esso mostra una velocità di creep decrescente dovuta alla deformazione di incrudimento;2. stadio secondario o stazionario, che mostra una velocità di scorrimento costante e’ e di valore minimo causato dalla ricottura del materiale;3. stadio terziario o instabile, nel quale il provino mostra una considerevole riduzione della sezione resistente che provoca un aumento della tensione reale e un aumento della velocità di creep che porta alla rottura.Utente, 2/7/2006

SCORRIMENTO VISCOSO DELL’ACCIAIO AD ALTE TEMPERATURE

CONFRONTO TRA DIVERSI CONFRONTO TRA DIVERSI COMPORTAMENTI DEFORMATIVICOMPORTAMENTI DEFORMATIVI

ρ(gr/cm3)

E(GPa)

σc(MPa)

σt(MPa)

TERRA 1,6-2,1 0,01-0,05 0,5-1,0 -PIETRA 1,9-3,0 2-150 1-300 1-10CALCESTRUZZO 2,4 20-50 30-70 2-5MATTONI 1,5-1,8 5-25 10-50 5-10VETRO 3 70 1000 100ACCIAIO 7,8 200 300-500 300-500RESINA 1.6 59 77PVC 1,1-1,5 3 40 10LEGNO (direzione fibre) 0,6-0,9 15(¦ )-0,5(- ) 50(¦ )-5(- ) 100(¦ )-3(- )

P R O P R I E T Á M E T A L L I C E R A M I C I P O L I M E R ID e n s i t à ( g r / c m 3 ) 2 - 1 6 2 - 1 7 1 - 2P u n t o d i f u s i o n e b a s s o - a l t o a l t o b a s s oD u r e z z a m e d i a a l t a b a s s aL a v o r a b i l i t à b u o n a s c a r s a b u o n aR t ( M P a ) < 2 5 0 0 < 4 0 0 < 1 2 0R c ( M P a ) < 2 5 0 0 < 2 5 0 0 < 3 5 0P r o p r i e t à t e r m i c h e m e d i e m e d i o - b a s s e b a s s eP r o p r i e t à e l e t t r i c h e c o n d u t t o r i i s o l a n t i i s o l a n t iP r o p r i e t à c h i m i c h e m e d i o - b a s s e e c c e l l e n t i b u o n e