Costruzione di macchine - parte 1

Fatica

Si ha fatica quando i carichi applicati ad un organo meccanico non sono costanti nel tempo; queste oscillazioni delle tensioni riducono la resistenza meccanica del materiale rispetto alle tensioni statiche.

Dato che solitamente il carico applicato varia in modo ripetitivo nel tempo, si può parlare di cicli di fatica i quali sono caratterizzati da:

• Forma del ciclo - primo: è influente la forma del ciclo applicato; importa solo i valori max e min di tensione raggiunta.
• Ampiezza - caratterizzata da 4 valori di cui solo 2 sono indipendenti.
• Frequenza - nei materiali metallici cicli di fatica con frequenza superiore a 5000-8000 cicli/minuto causano globalmente una riduzione della resistenza meccanica.

Forma del ciclo

Le due utili in blu indicano punti _superiore σS e _inferiore σI producono punti danneggiamento del pezzo.

Ampiezza

• σ_superiore σS
• σ_inferiore σI
• σ_alterna σA = (σS - σI) / 2
• σ_media σM = (σS + σI) / 2
• Distanza tra σS e σI - vale media tra σS e σI.

Tipologie

• Inversione → σM = 0 σS = -σI
• Origine → σI = 0
• Pulsante → σS, σI hanno stesso segno
• Alterno simmetrico → σS, σI hanno segni opposti

Fatica

Si ha fatica quando i carichi applicati ad un organo meccanico non sono costanti nel tempo; queste oscillazioni delle tensioni riducono la resistenza meccanica del materiale rispetto alle tensioni statiche.

Dato che solitamente il carico applicato varia in modo ripetitivo nel tempo, si può parlare di cicli di fatica i quali sono caratterizzati da:

• Forma del ciclo → Prima è influente la forma del ciclo applicato; importa solo i valori max e min di tensione raggiunta.
• Ampiezza → caratterizzata da 4 valori di cui solo 2 sono indipendenti.
• Frequenza → Nei materiali metallici cicli di fatica con frequenza superiore a 5000 - 8000 cicli/minuto causano globalmente una riduzione della resistenza meccanica.

Forma del ciclo

Le due sole de hanno pari _S e _{(i inferiore)} producono pari danneggiamento del pezzo.

Ampiezza

• _{superiore S   alternato a} = (σ_s - σ_i) / 2
• _{inferiore i   media m} = (σ_s + σ_i) / 2

Tipologie

• Inversi   _m = 0   _S = -_i
• Origine   _i = 0
• Pulsante   _S, _i hanno stesso segno
• Alterno simmetrico   _S, _i hanno segni opposti

Tensione critica e diagramma di Goodman

Quando il carico è affaticante occorre individuare la tensione critica in relazione al tipo di ciclo applicato perché abbiamo cicli più nocivi di altri, comunque sia la tensione critica è sempre minore del caso statico - σ_critica movimento.

→ Il ciclo più nocivo è quello all'inversione.

Diagramma di Goodman → diagramma di resistenza a fatica per dimensionamento a durata infinita del materiale.

Tutti i cicli applicati dentro a quest'area portano a vita infinita.

La linea superiore e inferiore definiscono i punti sperimentali al limite di rottura dopo tempo infinito.

Esempio di cicli applicati in occhio largo la σ media mentre in ordinata σ max e min infinita.

Identifico in ordinata la quota dello snervamento ed elimino la parte del diagramma in cui so che non andrò a lavorare.

Parte del diagramma da eliminare.

Risolti di dimensione puri questa parte.

Per σS > RS nel componente meccanico mi originano delle deformazioni residue che ne compromettono il corretto funzionamento.

• Ci riferiamo a uno studio monoassiale.
• σS,σT sono per definizione simmetrici rispetto a σ_m.
• Per σS esterne al contorno del diagramma, e quindi anche σT, ↑ ho rottura del componente anche se il diagramma non è in grado di indicare dopo quanti cicli.
• Goodman è riportato solo per σ_m > 0, il componente che lavora a trazione è più critico di quello che lavora a compressione - σ_m < 0 ↑ se σ_m < 0 allora si ribalta il ciclo rispetto all’asse X lavorando con σ_m > 0, si approssima a favore di sicurezza.
• Sulla base della caratteristica di sollecitazione agente abbiamo 3 diversi diagrammi di Goodman, rispettivamente riferiti a σ flessionali σ o i; sforzo normale T torsionali ⇒ circa 0.5 in scala rispetto al flessionale.

Rosso = massimo ciclo all'inversione (σ_m=0), tutti gli altri cicli all'inversione non arrivano ai contorni di Goodman.

Nero = c