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ENERGIA A ROTTURA
Indica il tasso di rilascio dell'energia critica di griffith G ≈ 2 γe vale nei materiali fragili, ovvero una cricca presente in un corpo si propaga quando la variazione di energia potenziale disponibile uguaglia (o supera) la variazione di energia per creare nuove superfici. L'eventuale energia in eccesso verrà trasformata in variazione di energia cinetica della cricca stessa.
Un altro parametro importante è chiamato fattore di intensificazione degli sforzi. Esistono vari parametri, a seconda del tipo di sforzo applicato e della modalità di frattura. Questo valore è una misura della tenacità a frattura del materiale ed è una proprietà intrinseca di quest'ultimo. Si può identificare un valore di critico K = YK ∙ σ π l chiamato Ic, particolare tipo di modalità di frattura nel caso in cui la cricca si propaga perpendicolarmente all'applicazione.
dello sforzo. dove è una costante legata alla geometria del sistema (⁓1): √ √=σ=KπlG∙EIc c c cG Ke sono entrambi indici dell'effetto di modificazione dei difetti sullo stato disforzo. La frattura avviene differentemente da materiale a materiale, un materiale che resiste molto a frattura ha elevata tenacità. Varia in materiali fragili e duttili, senza strizioni nei primi e con strizioni di vario tipo (es. a cono) nei secondi. La frattura è di vari tipi, la frattura può essere duttile quindi un materiale che combatte molto prima di rompersi, moderatamente duttile: in cui c'è rugosità estesa es leghe di acciaio, frattura estremamente liscia: quella di un materiale che non combatte e che fa propagare di schianto la cricca, fragile nel caso in cui il materiale è liscio e la frattura avviene per rottura istantanea. 34. Cos'è la fatica meccanica nei materiali? Che differenza c'è nelIl fenomeno della fatica è una delle sollecitazioni più frequenti nei materiali, e consiste nell'applicazione ripetuta, ciclica nel tempo, di un carico che provoca fenomeni di deformazione e rottura anche a carichi inferiori al limite di snervamento. La propagazione di una cricca, infatti, può avvenire anche per sforzi ben inferiori al limite di snervamento. La fatica fa sì che un componente si rompa al di sotto del limite di snervamento perché il carico viene applicato in modo critico. A partire da un difetto superficiale, un carico ciclico fa nucleare una cricca (innesco) e la spinge a propagarsi fino a raggiungere la lunghezza critica di Griffith e si arriva alla frattura del componente. All'aumentare del numero di cicli si osserva, in generale, una diminuzione dello sforzo necessario per portare a rottura un componente. Ad ogni ciclo si ha un avanzamento.
È un fenomeno particolare che si crea dove c'è già un difetto che fa da innesco, tipicamente una zona dove c'è una cricca o effetto di curvatura accentuata, lì si innesca la frattura che avanza e si propaga fino a che non ha raggiunto la lunghezza critica e si instaura l'ultima parte in cui si comporta fragilmente. Tuttavia, il comportamento a fatica varia da materiale a materiale. In alcuni materiali, come gli acciai ferritici, si manifesta un limite di fatica, ovvero un valore di sforzo al di sotto del quale non si ha rottura. In altri, invece, non si presenta tale limite; è il caso dell'alluminio e di altri metalli fcc. Per aumentare la resistenza a fatica, specialmente per i materiali privi di limite di fatica, si utilizzano trattamenti con lo scopo di eliminare difetti, introdurre uno stato di compressione superficiale, oltre a rettifica, lappatura, lucidatura, cementazione e pallinatura. Le leghe di alluminio inoltre hanno bassa resistenza a fatica rispetto agli acciai.densità, elevata conducibilità elettrica, ottima duttilità e malleabilità, buona resistenza alla corrosione. Frattura nei materiali ceramici e metallici a confronto. Estensione del modello di Griffith. (Frattura secondo Griffith vedi 32-33)
Nei materiali fragili, come i ceramici che tendono a non avere plasticità, un difetto propaga quando il valore di γ è uguale o è maggiore del valore di (G/2E), costante e indipendente dalla lunghezza della cricca. Questo vale per materiali idealmente fragili, ovvero solamente elastici lineari. Per cui l'energia a rottura è prossima al doppio dell'energia di superficie.
Per materiali duttili, come molti metalli e polimeri si possono avere valori di γ chiaramente superiori. La resistenza a frattura è infatti funzione anche della deformazione plastica. Per esempio, molti metalli presentano il fenomeno dell'incrudimento; la resistenza, quindi anche per questi materiali,
aumenterò con l'allungamento della cricca. anche alcuni materiali come il legno hanno Gc elevato. K GI valori di e sono teoricamente validi solo per materiali elastici lineari e1 c cpossono essere considerati proprietà intrinseca del materiale solamente se certecondizioni geometriche dei provini sono verificate. In particolare, la zona plastica chesi forma durante lo sforzo deve essere sufficientemente piccola rispetto alle geometriedel provino in modo da minimizzare gli effetti della plasticizzazione all'apice dellacricca. In senso generale, la tenacità e la resilienza sono legate alla lunghezza critica di (G)Tenacità c'prop;Griffith secondo la relazione. I materiali che più resistenti sonol c Resilienzaquelli che hanno elevata tenacità in modo che il rapporto diventa molto grande elunghezza molto grande; mentre quelli che si rompono sono quelli che hanno ilrapporto tenacità/resilienza pari a 1 e lunghezza molto piccola.la propagazione delle cricche stesse. La concentrazione di sforzi si verifica quando lo sforzo applicato su una piccola area è molto maggiore rispetto allo sforzo medio sul materiale. Questo può causare una concentrazione di tensioni che può portare alla formazione di cricche e alla frattura del materiale. La lunghezza critica è la dimensione massima di una cricca che può essere tollerata dal materiale senza causare la sua rottura.La presenza di cricche perché ne fungono da innesco e tendono a rompere il materiale. Distinguiamo tra frattura duttile e fragile: la prima fa sì che prima della rottura il materiale si deformi. I difetti di linea come le dislocazioni favoriscono deformazione plastica prima della rottura, mentre la frattura fragile fa sì che il materiale si rompa senza deformazione. Difetti di punta o di superficie favoriscono l'innesco delle cricche, così da far giungere il materiale a frattura ancora prima. La bassa tenacità rende critica la frattura fragile con basse lunghezze di cricca. La lunghezza critica è la lunghezza massima che una cricca può avere prima di far avvenire la frattura del pezzo. La concentrazione di sforzo indica lo sforzo che si presenta e agisce sull'apice della cricca. Immaginiamo, quindi, di avere una cricca ellittica inclusa nel materiale idealmente fragile sottoposto a trazione (considerata come un ellissoide) e che quindi ha un suo raggi
di curvatura rho che è legato al rapporto fra gli assi dell'ellissoide. Lo sforzomassimo (σm) si produce all' apice della cricca. Il coefficiente di concentrazionedello sforzo è dato dal rapporto fra lo sforzo all'apice = σm e lo sforzo applicato = σche in questo caso è uno sforzo di trazione è pari alla seguente relazione: Doverho=b^2/l è il raggio di curvatura della cricca (ellittica).(Frattura vedi 32-33)38. Un materiale tenace è anche necessariamente dotato di elevata resistenzameccanica?
La tenacità di un materiale può essere impiegata in diversi contesti. La tenacità può essere considerata come la capacità di assorbire energia e di deformarsi plasticamente prima della rottura. Corrisponde all'area sottostante la curva tensione/deformazione; in questo caso, il suo significato fisico è quello di una densità energetica (unità di misura).
comportamento meccanico dei materiali metallici ad alta temperatura? Il comportamento meccanico dei materiali metallici ad alta temperatura è caratterizzato da fenomeni come la deformazione plastica, la rottura fragile e il creep. Il creep è un fenomeno che si verifica quando un materiale subisce una deformazione lenta e progressiva nel tempo sotto l'effetto di una sollecitazione costante ad alta temperatura. Questo fenomeno è dovuto alla diffusione degli atomi all'interno del materiale, che causa un movimento degli stessi e una conseguente deformazione. Il creep può essere descritto attraverso la curva di creep, che rappresenta la deformazione del materiale in funzione del tempo. La curva di creep è caratterizzata da tre fasi: la fase primaria, in cui la deformazione è accelerata, la fase secondaria, in cui la deformazione è costante, e la fase terziaria, in cui la deformazione aumenta rapidamente fino alla rottura del materiale. Durante il creep, possono verificarsi anche altri fenomeni come la ricristallizzazione, la diffusione degli atomi e la formazione di porosità, che possono influenzare la resistenza e la durata del materiale. In generale, i materiali metallici ad alta temperatura tendono ad avere una ridotta resistenza meccanica e una maggiore deformabilità rispetto ai materiali a temperatura ambiente. Pertanto, è necessario considerare attentamente il comportamento meccanico dei materiali metallici ad alta temperatura al fine di garantire la sicurezza e l'affidabilità delle strutture e dei componenti che li utilizzano.Creep di un materiale: qual è l'influenza della temperatura?
Il creep di un materiale si basa su un meccanismo di deformazione viscosa e si presenta quando un materiale sottoposto ad una sollecitazione costante a elevata temperatura subisce una deformazione che dipende dal tempo. Nei materiali cristallini, il creep è dovuto al moto delle dislocazioni e allo scorrimento del bordo grani, entrambi basati sui processi diffusivi attivati dall'alta temperatura. Il creep si verifica tipicamente nei materiali ad una temperatura attorno a 0.4 T. Si osserva che uno sforzo costante, anche inferiore al limite di snervamento, produce una deformazione che dipende dal tempo.
Citare alcuni esempi tecnologici in cui il creep rappresenta un problema importante ed una variabile significativa nella progettazione di componenti reali.
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