Formula dello stress da frattura
Normalmente, il limite di proporzionalità non viene determinato in quanto non è di interesse per i calcoli. Anche il modulo di Young non viene calcolato, poiché è caratteristico del materiale; così, tutti gli acciai hanno lo stesso modulo di elasticità anche se le loro resistenze possono essere molto diverse. I dati ottenuti nel test devono essere sufficienti per determinare queste proprietà e altre che possono essere determinate in base ad esse. Per esempio, la duttilità può essere ottenuta dall’allungamento e dalla riduzione dell’area.
Nel test, la deformazione (allungamento) del provino viene misurata tra due punti fissi sul provino mentre il carico applicato viene aumentato, e tracciata come una funzione di stress (carico applicato diviso per la sezione trasversale del provino). In generale, la curva sforzo-deformazione così ottenuta ha quattro zone distinte:
Altre caratteristiche che possono essere caratterizzate dalla prova di trazione sono la resilienza e la tenacità, che sono, rispettivamente, le energie elastiche e totali assorbite e che sono rappresentate dall’area sotto la curva sforzo-deformazione fino al limite elastico nel primo caso e fino alla rottura nel secondo caso.
Come calcolare la tenacità di un materiale
Il limite superiore del 2% di contenuto di carbonio (C) è il confine che separa l’acciaio dalla ghisa. In generale, un aumento del contenuto di carbonio dell’acciaio aumenta la sua resistenza alla trazione, ma allo stesso tempo aumenta la sua fragilità a freddo e diminuisce la sua tenacità e duttilità. A seconda di questa percentuale, gli acciai possono essere classificati come segue:
– Acciai semiduri: se la percentuale di carbonio è dello 0,45%. Hanno un carico di rottura di 62-70 kg/mm2 e una durezza di 280 HB. Dopo aver subito un trattamento di indurimento, la loro resistenza meccanica può aumentare fino a 90 kg/mm2.
– Acciai duri: la percentuale di carbonio è dello 0,55%. Hanno una resistenza meccanica di 70-75 kg/mm2, e una durezza Brinell di 200-220 HB. Sotto un trattamento di tempra questi acciai possono raggiungere un valore di resistenza di 100 kg/mm2 e una durezza di 275-300 HB.
Dove L0 è la lunghezza iniziale, S0 è la sezione trasversale iniziale e D0 è il diametro iniziale del provino. Per effettuare la prova di trazione, le variabili di cui sopra possono assumere i seguenti valori:
Modulo di elasticità dell’acciaio kg/cm2
Una volta superata la tensione di snervamento, si raggiunge un punto in cui, insieme alla precedente riduzione elastica associata all’effetto Poisson, si verifica il cosiddetto striction, che è un fenomeno di plasticità.
Normalmente, il limite di proporzionalità non è determinato perché non è di interesse per i calcoli. Anche il modulo di Young non viene calcolato, perché è caratteristico del materiale; così, tutti gli acciai hanno lo stesso modulo di elasticità anche se le loro resistenze possono essere molto diverse. I dati ottenuti nel test devono essere sufficienti per determinare queste proprietà e altre che possono essere determinate in base ad esse. Per esempio, la duttilità può essere ottenuta dall’allungamento e dalla riduzione dell’area.
Nel test, la deformazione (allungamento) del provino viene misurata tra due punti fissi sul provino mentre il carico applicato viene aumentato, e tracciata come una funzione di stress (carico applicato diviso per la sezione trasversale del provino). In generale, la curva sforzo-deformazione così ottenuta ha quattro zone distinte:
Ceppo di rottura
L’idealizzazione del diagramma reale, motivata da criteri di economia di calcolo e di utilizzo del materiale, porterà al Modello Costitutivo del materiale, che determinerà l’ipotesi di base della sua risposta elastica. I modelli costitutivi sono stabiliti da ogni norma come base per la formulazione sviluppata.
Nella prima parte di questa regione (0-1) il materiale si comporta perfettamente in modo elastico, con una risposta di deformazione lineare alle sollecitazioni, e il pieno recupero delle deformazioni dopo che le sollecitazioni sono state rimosse, soddisfacendo così la legge di Hooke. Questa zona definisce le costanti elastiche del materiale e quindi la sua rigidità. È delimitato dal limite di proporzionalità (1).
Alla fine di questa regione, con tensioni più alte, inizia una zona leggermente non proporzionale (1-2) in cui non c’è corrispondenza lineare, anche se NON c’è deformazione irreversibile, quindi per semplificazione, viene inclusa nella zona perfettamente elastica. Il limite assoluto di questa zona è chiamato limite elastico (2) e per convenzione corrisponde a una deformazione unitaria dello 0,2%.
