Set domande aperte Elementi costruttivi delle macchine

1. Parlare del concetto di danno, dei modi di danneggiamento e farne una classificazione

Qualsiasi cambiamento in dimensione, forma o proprietà meccaniche di una struttura, macchina o componente che rende questo incapace di compiere in modo soddisfacente la funzione designata.

Agenti che inducono danno

• Forza: Stazionaria, transitoria, ciclica, random.
• Temperatura: Stazionaria, transitoria, ciclica, random.
• Tempo: Molto breve, breve, lungo.
• Ambiente reattivo: Chimico, nucleare.

Classificazione del danno

• Deformazione / tensione elastica indotte da carichi statici o dinamici, indotte da dilatazioni termiche.
• Superamento del limite elastico - deformazione permanente.
• Collasso plastico.
• Rottura duttile o fragile.
• Eccessiva pressione superficiale.
• Fatica ad alto numero di cicli, oligociclica, termica, dovuta ad impatto.
• Corrosione.
• Usura adesiva, abrasiva.
• Scorrimento viscoso - creep: tempo lungo, temperature medio alte, tempo breve, stress rupture, altissime temperature, rilassamento termico.
• Shock meccanico - impatto.
• Fretting.
• Shock termico.
• Buckling - instabilità elastica / elastoplastica.
• Danneggiamento da radiazione.

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2. Corpo rigido, vincoli e gradi di libertà

Un corpo rigido è un oggetto costituito da infiniti punti materiali che non cambiano le loro posizioni relative, cioè le distanze tra tutti i punti del corpo restano invariate.

Un corpo rigido nello spazio ha 6 gradi di libertà, che possono essere individuati come tre traslazioni e tre rotazioni. Se consideriamo il caso, frequente in meccanica, dove il corpo rigido è vincolato a muoversi in un piano, si parla di corpo rigido piano. In questo caso il corpo rigido ha 3 gradi di libertà.

Gli organi meccanici sono vincolati con sistemi che possono essere schematizzati con modelli di vincolo a seconda dei gradi di libertà che bloccano.

Vincoli semplici

• Cerniera a terra.
• Carrello a terra.
• Pattino a terra.
• Incastro a terra.

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3. Descrivere la struttura isostatica, iperstatica e ipostatica e fare degli esempi

Una struttura è vincolata in modo isostatico quando il numero dei GdV imposti in totale è pari al numero di GdL del sistema. (Trave incastrata).

Una struttura è vincolata in modo iperstatico quando il numero dei GdV imposti in totale è maggiore rispetto al numero di GdL del sistema. Non ci sono gradi di libertà residui, ogni movimento è impedito, la struttura, se sottoposta a carichi, non si muove.

Una struttura si dice ipostatica o meccanismo quando il numero dei GdV imposti in totale è minore rispetto al numero di GdL del sistema. Ci sono gradi di libertà residui e movimenti, compatibili con il sistema di vincoli, che sono permessi nel corpo rigido o nell’insieme di corpi rigidi. ((Sistema biella-manovella).

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4. Parlare delle reazioni vincolari e fare un esempio con una rappresentazione grafica della reazione vincolare esplicata da un carrello, una cerniera, un pattino e un incastro

I vincoli applicati al corpo rigido sono sedi di reazioni vincolari, ossia di forze e momenti trasmessi al corpo rigido dagli altri corpi che con esso interagiscono per mantenerlo in equilibrio.

Le componenti delle reazioni vincolari sono incognite e possono essere calcolate utilizzando le condizioni di equilibrio. Ognuna delle reazioni vincolari studiate esercita un certo tipo di reazione sulla struttura cui è applicata.

Il carrello dà luogo a una forza con direzione nota che agisce perpendicolarmente al piano di appoggio.

La cerniera dà luogo a una forza di direzione e valore incogniti, quindi si dovranno calcolare due componenti di reazione tra loro ortogonali.

Il pattino a terra reagisce con due componenti di reazione vincolare di cui una è una forza sempre perpendicolare al piano di scorrimento e l’altra è un momento.

L’incastro a terra reagisce con tre componenti di reazione in quanto vincola tutti e tre i gradi di libertà nel piano.

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5. Azioni interne: definizione e convenzione dei segni. Rappresentare tutto con esempi grafici

Quando si considera una struttura o un organo di macchina che si può schematizzare facendo uso dei modelli visti finora, oltre al calcolo delle reazioni vincolari è importante valutare come le forze applicate e le reazioni si trasmettano all’interno delle varie parti.

Ciascuna parte di un sistema meccanico, anche complesso, contribuisce ad assolvere alla funzione di trasmettere o di “reagire” in maniera opportuna alle forze che lo sollecitano.

Perché questo avvenga in modo efficace i materiali con i quali è costruito il sistema devono essere in condizioni tali per cui non ne venga esaurita la resistenza.

La corretta valutazione delle forze interne, cioè quelle che punto per punto sollecitano la struttura, è il passo più importante per stabilire se la forma data ai componenti e agli organi delle macchine è sufficiente a garantirne la funzionalità.

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6. Dopo aver descritto lo stato di tensione in un punto, dimostrare/ricavare quante sono le componenti indipendenti di uno stato di tensione

La tensione interna (o sollecitazione interna) è una misura delle forze di contatto esercitate tra le parti interne di un corpo continuo tridimensionale attraverso la relativa superficie di separazione.

Essa è definita come la forza di contatto per unità di area, cioè è il limite del rapporto tra la forza agente e l'area della superficie su cui agisce. Essa è una quantità vettoriale e la sua unità di misura è il pascal (Pa o N/m²).

Nella pratica tecnica si fa uso più comunemente del megapascal (MPa) o del gigapascal (GPa).

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7. Parlare del criterio della massima tensione tangenziale ricavando l'espressione della tensione equivalente

Il materiale subisce danno quando la massima tensione tangenziale raggiunge un valore critico.

Questo criterio è anche chiamato criterio di Tresca.

C’è rottura se: τ max ≥ τ L.

τ L = Valore critico del materiale.

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8. Parlare del criterio di Von Mises ricavando le relazioni della tensione equivalente

Il materiale subisce danno quando l’energia di distorsione accu