Comportamento Meccanico dei Materiali - Teoria ed Esercizi

Comportamento Meccanico dei Materiali

I materiali hanno diverse nature pertanto si distinguono in continui se non hanno presenza di buchi o spazi vuoti omogenei se tutti i suoi punti hanno le stesse proprietà e isotropi se le proprietà sono uguali in tutte le direzioni. Nello studio dei materiali si fa riferimento alle scale macroscopiche (studio delle componenti) e microscopiche (individuale e microstrutture fino ad esempio in metri) e grani se ad esempio in una scale macroscopica individuo un difetto puntuale, a quelle microscopiche individuo un difetto lineare che si traduce in analisi a quella macroscopica. I principali fattori che determinano il comportamento meccanico sono la composizione, tipo di legame microstruttura processi di lavorazione e le modalità di esercizio.

Selezione dei materiali nella progettazione

La scelta del materiale in base di progetto riveste un'importanza notevole ed avendo molti materiali a disposizione si deve capire come sceglierli. Tra molti materiali usuale quello tradizionalmente applicato è semplice e sicuro ma non favorisce l'innovazione materiali sono raggruppati in famiglie che sono organizzati a base di proprietà e processi di fabbricazione (metalli ceramici compositi e polimeri). Le proprietà sono indicate da tavole unificate e queste si distinguono in proprietà meccaniche termiche fisiche chimiche elettriche ecc. Nella progettazione devo inizialmente definire funzione del mio finale componente e quindi le forme che deve avere conseguentemente seleziono un materiale che possa esser processato in modo da ottenere quelle forme. Uno strumento utile è il istogramma delle proprietà con in ascissa le 4 famiglie di materiali e in ordinata le proprietà che voglio massimizzare in scala logaritmica uno diagonale polide nei valori molto diversi,all'interno dei diagrammi avrò tanti istogrammi uno per materiale. Posso ottenere molte più informazioni da un grafico rispetto una proprietà in funzione di un'altra utilizzando ad esempio le mappe di Ashby in cui all'interno dei degli insiemi contenenti le famiglie dei metalli e sottogruppi gli istogrammi delle stesse. Ad esempio ho sul grafico modulo di elasticità, densità, conduttività termica, resistenza elettrica o modulo di elasticità, resistenza, costo relativo, modulo di elasticità, max temperatura di servizio, resistenza ecc. In diagammi sono all'interno con famiglie ed istogramma è possibile fare delle rette che rappresentano combinazione di proprietà costante. Diamo qualche informazione riguardo la struttura dei materiali legami atomici e quindi le proprietà connesse. Dal massimo impenetrabilmente atomico in 3D ed esso rappresentato si possono estrapolare le strutture esagonale compatta e cubica a facce centrate. Per ogni

strutture è possibile calcolare il fattore di completazione cioè il volume delle celle rispetto

al volume degli atomi per l'esagone completo ha FC = 0,26 per cubico corpo

centrato il FC = 0,68. Gli sustitute sono quelle relative ai dieci metalli alterati

come il diamante hanno intitulati più complessi così come nel caso dei ceramici con

vetro invece ha strutture amorfe. I polimeri invece hanno una struttura caratterizzata da

legami covalenti per lo più con l'idrogeno. Se i legami non sono forti, le catene

sono disposte essenzialmente. Polimeri con pochi punti di legame forte sono più elastici.

L'ammontare se lo metti i punti di legame forte trovi termomoderni complessi.

I modulus elastico dei polimeri è molto diverso a funzione della tipologia di polimeri trattata.

Gli elastomeri ad esempio hanno una “memoria” cioè riescono a tornare nella configurazione

iniziale dopo l'applicazione di un carico. In dettaglio le deformazione elastica consiste in

una parziale sollecitamento continuazione e successiva allentamento ai allunga-

mento delle catene nell'indirizzo delle sollecitazioni. All’aumentare della temperatura lo

sforzo necessario per una deformazione aumenta negli elastomeri ed ammonisce nei solidi

cristallini.

La progettazione può essere meccanica se riguarda funzionalità e produzioni di un prodotto

industriale se considera anche gli aspetti non funzionele. Il processo di progetto parte da

un’idea legata ad una esigenza o mercato da questa si sviluppa il concept di progetto.

Nel progetto esistono più filosofie posso avere diverse filosofie di progettazione come il safe

life design in cui si garantisce il concetto funzionamento solo per un determinato periodo

dopo il quale sarà necessaria sostituzione anche se non ha danni evidenti. Si usano

Concetti di sicurezza elevati perché applicare un approccio probabilistico sarebbe troppo costoso

Un ulteriore approccio è il full safe design in cui anche se componente precisamente

dentro deve uscire a poche termine suo compito si realizza introducendo percorsi

a rischio multipli e configurazioni tali da arrestare il cascade o gilica. Un altro

approccio è damages tolerant fino ad assumere minimi presenza di un difetto

La programma ispezioni periodiche finora gli individuarisij al duranti che in un difetto

non cresce sistemazione portante soluzioni per componente nelle intervalle di due

ispezioni. Nell'infinite life design il componente è dimensionato in modo da non

arrivare a rottura qualunque sia compito esercizio. La fase di scelta del materiale

si considererà prestazioni richieste, costi, reperibilità sul mercato, risorse disponibili,

normativa esistente e ipoteticità ulteriori di produzione. Un’idea è scegliere per

somiglianza cioè perché le caratteristiche si avvicinano a un materiale attualmente in

uso o seleziono uno alternativo se quello tradizionale non è più disponibile. L’ottimizzato

soddisfa più requisiti idonei per sintesi invece è testato sulle esperienze e

sulle analogie ed altri casi non ha innovazione e rifletto eventualmente questa

non migliora contemporaneamente tutti gli obbiettivi ma ne migliora uno a discapito di un altro. Diagrammando il Pareto può essere tracciato la base per la curva obbiettiva. Possono avere soluzioni dominate, esiste la soluzione che è migliore di tutti i punti ed è non dominata (prendendo in tale soluzione non si riesce a migliorare contemporaneamente tutti gli obbiettivi). Le linee che unisce tutte le soluzioni non dominate rappresenta il frontiera di Pareto. Per arrivare alla scelta del materiale è necessario un procedimento ed ci sono vari metodi per ricercare le soluzioni apparenti. Sulla frontiera uno di questi è la funzione punitive. La funzione punitive è la somma dei prodotti delle funzioni obbiettive p, per un costante di scambio Si ottiene un'unica funzione obbiettiva, x serve per riportare alle stesse unita di misura tutte le prestazioni. Z = α₁p₁ + α₂p₂ + α₃p₃ + .. con x: ( distribution of serviceop₁p_1,var parabolic curve ). La miglior soluzione è quella che massimizza Z. Possono spesso si ragiona in termini di costo possiamo riscrivere la funzione punitiva Z considerando p, pmi il costo di x, a₁, p₁, a₂ ed esempio p. Posso la mossa di a₂ in matricarebbe quanto costo volevo con la x e meno, in questo caso simile, riceverà una metrica questione (scritta) i₁, di Pareto nel programma di Pareto, a seconda dei valori a e e b nei grafici di rette parallelele di dipendenza x. Nota: la soluzione ottimale è quella corrispondente al punto di tangenza cioè la frontiera, ed ha la minor penalità. Si può ame introdurre le funzioni punitive relative x, che permette di costruire un nuovo interfaccia che quello al momento x usato con il padding o indicare le grandezza relativa dei materiali attualmente usati il problema e trovare i valori delle costanti di scambio che dipendono molto dalla applicazione e di differiscono uno valori precisi. Fortunatamente decisioni ingegneristicamente utili si possono prendere conoscendo il valore approsimativo di x perché spezzio il ricerca dei materiali è finito (numero materiali ridotto). Se gli obbiettivi sono tra il riferimento della superficie di Pareto e quindi dovrà trovare il piano tangente della superficie (ho bisogno di due accoglienti e il scambio). A seconda dei valori di a₁, x, a₂ siamo tutte le possibilità di combinazioni ingegneristicamente valide si scelghe. Le tecniche multioobbiettivo permettono di razionalizzare il processo decisionale e fornire un supporto al decisione così da realizzare un compromesso accettabile tra diversi obbiettivi perseguiti. Si cerca di individuare migliori opportunità un insieme di alternative ogni validità sulla base di criteri diversi e contrastanti. Le regole decisionali possiamo stabile un ordinamento completo tra tutte le alternative e determinare migliore e determinare una alternativa soddisfacente sono effettivo e ottimizzazione completa I decisionalemente problemi MODI si distinguono per non alternativamente smilite non date a priori e di scegliere in modo amplicio i vincoli di problema e NADDI il numero di linearivie. Una soluzione ottima è da individuare in un gruppo di criteri degli obbiettivi sono le comprimibili liberi connessi la coerenza la completezza e in I fidncainza? Questi possono essere definitti fra