MECCANICA DELLA ROTTURA

Question 1

Come mai in alcuni casi il pezzo, pur essendo in campo elastico in fase di progetto, si rompe lo stesso?

Answer 1

Perché nella prova di trazione non sono considerati alcuni parametri che durante l’esercizio sono presenti, ovvero la temperatura e la presenza di cricche

Question 2

Un materiale duttile è sicuro che si rompa duttilmente?

Answer 2

No, la rottura può avvenire pure in modo fragile e questo proprio a causa della concentrazione degli sforzi all’apice della cricca.

Question 3

Come possono essere le rotture? Come vengono chiamate?
Quale è il caso più pericoloso?

Answer 3

Le rotture possono avvenire in modo fragile e duttile,. Quelle duttili vengono anche chiamate stabili, per il fatto che se tolgo il carico la cricca non si propaga, ma si ferma e non va avanti finché non applico ulteriore carico. Quelle fragili sono dette invece instabili perché avvengono in modo repentino.
Il caso più pericoloso è quello della rottura fragile.

Question 4

Cos’è la tenacità?

Answer 4

La tenacità è la capacità del materiale di assorbire energia prima della rottura. L’energia è elastica, plastica e di rottura (formazione di nuove superfici)

Question 5

In alcuni casi pratici come si fa ad aumentare la tenacità di un materiale?

Answer 5

Un esempio classico è quella delle vetture che per ragioni ovvie di sicurezza devono far si che abbiano una resistenza agli urti alta. Quello che vogliamo è che la cella del pilota assorba meno energia possibile e per far ciò allora andiamo a togliere energia ad altri componenti, ovvero la struttura esterna è altamente duttile e le rivestiture si frantumano.

Question 6

Ad esempio quale grande problema hanno le saldature?

Answer 6

Hanno il problema di presentare frequenti cricche su cordone di saldatura.

Question 7

La prova di trazione è sufficiente a garantire la preservazione alla rottura?

Answer 7

no

Question 8

Come mai le cricche sono così pericolose per un materiale?

Answer 8

Sono pericolose perché sono dei difetti ad apice, questa geometria comporta una concentrazione degli sforzi al suo apice andando dunque a facilitarne la propagazione.

Question 9

Come influenza l’orientamento delle cricche rispetto alla direzione dello sforzo?

Answer 9

L’orientamento è fondamentale in quanto se lo sforzo è parallelo alla sezione resistente allora la cricca sarà sottoposta al massimo nella trazione. Una trazione in direzione opposta comporta una chiusura. Valori opposti valgono per la compressione.

Question 10

Di cosa si occupa la meccanica della rottura?

Answer 10

Si occupa dello studio localizzato della stabilità e instabilità di una cricca. Ovvero cerca di dare delle tolleranze dimensionali delle cricche per capirne la stabilità e instabilità.

Question 11

Quale caso studiamo nella meccanica della rottura?

Answer 11

Ci sono la meccanica della frattura lineare elastica, quella elastoplastica e quella plastica. Noi studiamo quella elastica ovvero la MFLE.

Question 12

Che metodo utilizziamo nel campo della MFLE per stabilire la stabilità o instabilità?

Answer 12

utilizziamo il metodo di Irwin che prevede l’introduzione di un coefficiente dell’intensità degli sforzi che va a identificare la quantità di sforzo che è presente nei d’intorni dell’apice della cricca. Se il coefficiente è al di sotto di una soglia critica allora sarà stabile.

Question 13

Come si calcola lo sforzo al variare della distanza dall’apice della cricca? Se considero il caso peggiore come diventa il tutto? Cosa significa il risultato ottenuto finale? Quando i materiali pregiati hanno scarsi effetti?

Answer 13

Si individua un grafico che per distanza vicine all’apice lo sforzo tende all’infinito, ovvero un caso abbastanza limite, che vorrebbe dire che la cricca sarebbe sempre instabile. Considerando il fatto che il caso peggiore di apertura è quella per trazione, allora possiamo trovare il RAGGIO PLASTICO, ovvero il valore che mi dice su quanto volume lo sforzo va a distribuirsi attorno all’apice della cricca. I materiali pregiati per alti carici vanno ad avere un raggio plastico abbastanza basso.

Question 14

Come si calcola il fattore d’intensità degli sforzi?

Answer 14

KI= betasigma(pi*a)^0.5

Question 15

Com’è la curva KIC e spessore? Per spessori piccoli che accortezza devo cogliere?

Answer 15

La curva che identifica il KIC in base allo spessore è divisa in due zone: La prima zona è quella al di sotto di un certo valore di spessore che ha un andamento inversamente proporzionale al KIC. La seconda zona è quella in cui oltre un certo spessore si ha deformazione piana e questo rispecchia un andamento costante.
Il fatto che k primo aumenta è anche dovuto al fatto che più lo spessore aumenta e più le condizioni di deformazione piana di verificano

Question 15

Il fattore d’intensità degli sforzi critico è calcolabile sperimentalmente? Per considerarlo non dipendente dalla geometria che caso si deve verificare? Come mai si cerca di renderlo indipendente dalla geometria?

Answer 15

Si è calcolabile con le prove di tenacità a frattura. Lo si considera indipendente dalla geometria del provino quando si verifica la deformazione piana e questo può succedere per certi valori di spessore. Si cerca di renderlo indipendente dalla geometria per il fatto di riuscire ad unificare il tutto basandosi solo sul tipo di materiale

Question 16

Cosa sono lo sforzo e deformazione piana? Come mai tale deformazione è così importante nel campo della MFLE?

Answer 16

Lo sforzo piano si verifica quando lo sforzo lungo tale direzione non c’è, però vi è lo stesso una deformazione in quella direzione. Questo può verificarsi nelle lastre sottili solitamente. La deformazione piana è quando lo sforzo è presente, ma non vi è deformazione e questo succede per lastre di spessore abbastanza alti.

Question 17

In cosa consiste la prova di tenacità a rottura? Quale risultato ottengo e attraverso cosa?

Answer 17

La prova di tenacità consiste nel rompere un provino (TPB o CT) che presenta un intaglio per simulare la presenza di una cricca. Il risultato che si deve ottenere è un KQ che dovrà essere verificato per essere il vero KIC.

Question 18

Che dato fondamentale ci serve per la prova di tenacità a rottura? Come lo si calcola? In che grafico si inserisce?

Answer 18

Ci serve la lunghezza della cricca e per essere misurata, la macchina sfrutta i segali dettati da un COD, ovvero un estensimetro in grado di misurare l’apertura della cricca, facendone il rapporto con lo sforzo applicato, si può ricavare la lunghezza della cricca. Si inserisce nel grafico carico-lunghezza cricca.

Question 19

Che formula applico per il calcolo del fattore degli sforzi critico? Quale dato ottengo dalla prova e come lo si calcola?

Answer 19

Dalla prova devo ricavare il QP che lo si ottiene interpolando la curva con una retta di pendenza moltiplicata di 0.95. Conoscendo W,B,A,QP, posso calcolare il KQ

Question 20

Come viene verificato il KIC alla fine della prova?

Answer 20

viene verificato con una disuguaglianza del rapporto (KQ/sigma y)^2

Question 21

Come si utilizza il KIC in fase di progetto e di verifica?

Answer 21

In fase di progetto il KIC viene utilizzato per stimare delle tolleranze di dimensione riguardanti le cricche. Durante l’esercizio, si faranno delle verifiche con l’uso di controlli non distruttivi che hanno lo scopo di individuare i difetti e dunque verificarne la stabilità comprandola con i dati ricavati dal KIC

Question 22

Quali sono i limiti della MFLE? Esiste un metodo per risolverli? Quale è ora lo svantaggio?

Answer 22

I limiti sono quelli della temperatura e della deformazione piana. Si, il metodo è utilizzare la prova di resilienza, che ha però lo svantaggio di fornire dei dati che non sono di progetto, ma sono solo dei dati energetici.

Question 23

Cos’è la resilienza? è un dato di progetto? Cosa cambia dalla tenacità?

Answer 23

La resilienza è la capacità di assorbire energia a rottura in campo ELASTICO. No è solo un dato energetico.

Question 24

Che provini utilizza la prova di resilienza? Come variano e quali sono i più utilizzati?

Answer 24

Si utilizzano dei provini ad intaglio, che possono essere a V, ad U, Key-hole e Cu. Vengono più usati quelli di Charpy a v e quelli key-hole.

Question 25

In cosa consiste la prova di resilienza? Come si calcolano le altezze? L’energia è tale da rompere il pezzo? Come si calcola la resilienza?

Answer 25

Consiste nel colpire il provino con una mazza posta ad una precisa altezza e dunque in possesso di una determinata energia potenziale. Quello che succede è che la mazza viene lasciata e parte dell’energia verrà data al provino per romperlo. Dunque si calcola la differenza di altezza per calcolare l’energia incassata. Le altezze vengono calcolate con l’uso di un quadrante le cui lancette sono solidali alla mazza, i quadranti forniscono un angolo che sarà utile per il calcolo dell’altezza. resilienza= mg(H-h)

Question 26

Nella prova di resilienza come viene misurata la temperatura?

Answer 26

con l’uso di una termocoppia

Question 27

La struttura del pendolo di Charpy come deve essere?

Answer 27

deve essere tozza e ben messa in sicurezza perché l’inerzia del pendolo è molto elevata ed inoltre il pezzo potrebbe essere scagliato in giro.

Question 28

Come ci si mette nel caso peggiore nella prova di resilienza? Perché è importante che vi sia uno sforzo triassiale?

Answer 28

Ci si mette nel caso peggiore studiando la prova in modo tale che avvenga in maniera elastica, con deformazione piana e che il pezzo si rompa per trazione. L’ipotesi di campo elastico è verificata proprio per il fatto che la mazza colpisce il pezzo velocemente e dunque non lascia tempo al pezzo di deformarsi plasticamente. La deformazione piana è verificata per il fatto che si generano degli sforzo triassiali che in combinazione con la non deformazione verificano le condizioni. Mentre per la trazione è garantita dal fatto che il pendolo colpisce il pezzo proprio per romperlo a trazione.

Question 29

Che grafico si ottiene dalla prova di resilienza? Che zone si possono osservare? Quale zona il progettista deve tenere sotto controllo?

Answer 29

Si ottiene un grafico che è l’unione di più punti, dunque non ha senso parlare di una curva unica e continua!
Si osservano tre zone, la cui più importante è quella di transizione da un comportamento duttile ad un comportamento fragile. Il progettista deve proprio tenere sotto controllo questa zona in modo da tenere più bassa possibile questa transizione

Question 30

La curva della resilienza può variare a seconda della geometria? come mai?

Answer 30

Si, dipende molto dalla geometria, ad esempio per il provino a V ho un comportamento fortemente fragile per temperature normali il che vuol dire che la transizione fragile duttile è molto alta. Questo è dato dal fatto che l’apice della curva è molto aggressivo e quindi ho degli sforzi altamente concentrati rispetto a quelli ad u.

Question 31

confrontando due materiali differenti quale è il più resiliente? tempra e ricottura come influenzano i valori?

Answer 31

il più resiliente è quello con una transizione di fase più alta, mentre il più tenace, ricordando che ci interessa ora sia elastica che plastica è quello con una transizione più bassa. La tempra va a spostare la TDF più avanti, migliorandone la resilienza, mentre la ricottura abbassa la TDF andando a migliorare la tenacità

Question 32

Come si può calcolare la TDF? Quando è valida?

Answer 32

La si può calcolare sfruttando o l’energia, o la cristallinità oppure la deformazione laterale. In tutti i casi si considera un valore medio. è valida per spessore minori

Question 33

Da cosa dipende la TDF?

Answer 33

Dipende dalla natura dei legami, dai trattamenti termici e termodinamici, microstruttura, dal tenore di carbonio (più c è alto e più la tdf è alta) e dalla composizione chimica.