Meccanica della frattura e resilienza

La rottura

• Dalla prova di trazione si ottengono carico di snervamento e rottura.

• Se la sollecitazione applicata è inferiore al carico di rottura il componente rimarrà integro per tutto il tempo d’esercizio.

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Frattura

• Per i materiali ingegneristici sono possibili due modi di frattura Onion itINENE CASO NervaAW Franny-IN o, .INCanipe MAHAN ITENACITA .I UNA. l 'AArtvin^ .) I AVVIEVE CAMPOPhotos NO– INNecessaryduttile Shivani pinme nauplius oasisi Khani in Arani:Cr ,I– fragile 'Aarons Erb INFEN→ NOVOEN ' CharroAneuro our inor ,, ENEMYNON Corre PLASSUVA DEFORMICOALANEDE Buro .nlNew AHA ICA, .

• La classificazione si basa sulla capacità di un materiale di subire deformazione plastica.

• Ogni processo di rottura, in risposta ad un carico imposto, avviene in due stadi:

• La formazione.
• E la propagazione di una cricca.

• Il modo di rottura è fortemente dipendente dal meccanismo di propagazione della cricca.

Frattura duttile

• La rottura duttile è caratterizzata da un’intensa deformazione plastica nelle vicinanze della cricca che avanza AriannaNor inDifiore nose; Avner.

• Canioil processo procede relativamente lento ILso )( neuroIN crustall’aumentare della cricca stessa.

• Tale cricca viene solitamente definita stabile: resiste ad ogni ulteriore avanzamento finchè non si ha un aumento del carico applicato Wowow IJ ① EVIDENTNO.

• Vi sarà inoltre una marcata e visibile or deformazione delle superfici di frattura COANANTA CANCan CENTOUNCreep Pro←A PALA/ nonestanceAPPVCATOLe AvcoCsi SE Avnerfinna resowarPo .

Frattura fragile

• Le cricche possono propagarsi in modo estremamente rapido IVELOC.in )' DEL sumo.

• La deformazione plastica è assente o estremamente contenuta PRO PAGAN BiuNorafi Ali.

• Tali cricche sono definite instabili e la propagazione, una volta innescata, continuerà spontaneamente senza bisogno di aumentare il carico applicato UNA oi PropnaiM-buunrt-u-e.noVOW Nv.nu .sn,( www.ecawccd-ih-CNeer-oipnopawuiv-jfrvocar ALLAhe Nonna.

Esempi di frattura fragile

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• Capacità di un materiale di assorbire energia fino al raggiungimento della rottura.

• Energia assorbita da un materiale:

• Deformazione elastica.
• Deformazione plastica.
• Creazione di nuove superfici (frattura).
• Altro… (energia cinetica, attrito, emissione acustica…).

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Qualche volta le cose non vanno per il verso giusto…

ofEsempio frattura duttile o fragile in acciai per metanodotti'Prov ScorpioA o . !frattura duttile"frattura fragile.

Se i metalli sono duttili, perché a volte si rompono in modo fragile?

• Per potersi deformare plasticamente i metalli hanno bisogno che vi siano le condizioni per poterlo fare.

• Le rotture fragili in esercizio sono sempre associate alla presenza di difetti! CONAVANN O CEN rare-1- i UfoLO Rto.

• La tolleranza di difetti di dimensioni più o meno elevate dipende da:

• Materiale.
• Spessore del componente.
• Temperatura.
• Modalità di applicazione della sollecitazione.

Esempio di rottura fragile

Esempio di rottura fragile di una barra di 36mm di diametro innescato da un difetto profondo 1mm I soooEcorrosion railPoorAccra ConO, La barra eraBA ou Xid sinsTEN ACHA caricata ad uno sforzo pari a circa l’80% del suo carico di snervamento initiation.

La prova di trazione è in grado di discriminare il comportamento di un materiale metallico tra duttile e fragile?

overrun'ronniit '• No! MAµ s a-cut .soOil'eNor fiveDvd.

• Se nella prova di trazione un materiale metallico si comporta in modo fragile, è sicuramente fragile, ma non è valido il caso contrario!

• Per meglio analizzare il comportamento duttile/fragile dei materiali occorre introdurre un altro approccio!

Principi di meccanica della frattura

Concentrazione degli sforzi

• La resistenza a rottura di un materiale solido è funzione delle forze coesive esistenti tra gli atomi.

• La resistenza teorica coesiva di un solido fragile elastico è stata stimata approssimativamente a E/10. ! uterineEi Enema D[ a Weisse a.

• La resistenza a rottura sperimentale è ArtusNovajnormalmente da 10 a 1000 volte inferiore.

• Negli anni ‘20 Griffith ipotizzò che ciò fosse dovuto alla presenza di piccolissimi difetti o cricche in superficie o all’interno di un metallo SN M-croocdie.AMLouiseAnew - 're Nor ' simatNO ConcernedAun strum DeveDtr DinersOwww . .:bestow e Noiour LO Dru revised NOS .FOND SPEN Mini Are i LA SENO NEDAL NavonaMv aI. REWNE Auuxnra.

• I difetti diminuiscono la resistenza a rottura in quanto il carico applicato può venire amplificato o concentrato all’apice del difetto Pri - GRANDEe AChromeOri sup Dave tooa Nsr.

• L’intensità di amplificazione dipende 'I PICCOLA rdall’orientazione della cricca e dalla sua geometria.

• La distribuzione dello sforzo localizzato diminuisce con la distanza dall’apice della cricca.

• In una posizione sufficientemente lontana lo sforzo è uguale a quello nominale (carico applicato/sezione resistente)^ www.rsra/NfrNlfADvEnrr-smrNELaser Minshew '.rainy newPROVLUNGDIFENO Nuva NO,f-IN ITAINµ L DEFORM NONE Slit, .TasmaniaResistive20So IOn .. So÷: v-6 Aunt PhosphineNIA 'IN oily CNCCAI ire! @Sfa -O -MINATO J Gm PER itAvenir = re - @INsi CNCCA AUNT hiI ANAND DAWAO- - -Gm CNCCA.- ForeroLOS- -- -- - -- - --- - . -.. .- - --- NOUNLOCAUIIATO si⑦ A sfonro NominateAUDyANDA SUGGENIOMinoo Nri'LUNADich FUNNStunt ONEDairy )NALDO PER Earth CAUNA CNCCA:p K fiscalPi ,

• Il cedimento dei materiali metallici si può avere in condizioni: Aennui caMino surraFoundy

• Completamente elastiche (meccanica della frattura lineare elastica) UiMarinaLrji A- braa.
• Completamente plastiche (meccanica della Diromrnro frattura post-snervamento) Carrow tPLA Jr I.
• Oppure intermedie (meccanica della frattura elasto-plastica). www.vrorx-iI come, welMiraMAI .

Meccanica della frattura lineare-elastica (MFLE)

• È l’approccio più semplice e allo stesso tempo più severo DA Ari heNOWE FRANAZINTAN.

• È valido rigorosamente solo per i materiali che ELASTICA non ammettono deformazione plastica.

• Se si segue un criterio della MFLE questo risulterà più conservativo rispetto ad ogni approccio basato su criteri che tengano conto della deformazione plastica (i OiANDvirus Owes Meir )so MfrO Anansi i.hi s so NEWmissin Consulara Pri. Carolina 'VE'.POVO EiIbni MioMasain . noowe comin 'Maire Nov.NSCNit OiO DEfonm.ru Author- Plastic; si Remaine own si.

Teoria di Griffith

ALCOAC ' ErinaL Appnocrro,→,'veNET AUAura ' EverbankAVANRANUVNRODEL Difford(b

• La rottura avviene quando, sotto l’azione di DAL PuntoDi VNRA C CONINI uno sforzo di trazione, lo sforzo all’apice di una cricca supera la resistenza teorica di coesione di un materiale (fragile).

• Ciò porta alla formazione di una cricca.