Meccanica della frattura e resilienza

Verifica delle condizioni di deformazione piana

PROMANI A CNCCAFilla PANA DIVANONEA ' cruralProvine heUicorrosion Christo e otheroimins.cn on.Pa ITI )fka'= .. : Verifica delle condizioni dideformazione pianaDiMi Dimwit SEone', Kon KIC 2 E K Q a,B, W a( )LUN − >but  ti A ←C NCCA DAU .  σAsst ' si CAND IN y✓ LUNG NittaSpessart• Dove: prau 'OAUno AOE, Di CAN CO• a: lunghezza cricca• W-a: lunghezza residua del provino• B: spessore del provino• Solo se questa condizione è verificata allora il KQcalcolato corrisponde al K IC si DIECameri Nriof .Aspetto dei provini Pin StavroAUOPENO . siit =iPrevin Churns :.e CowrotefPIANOONOSF rI KouuvvvaroCondizioni di Condizioni di ConvoNor PauseKICALdeformazione piana deformazione piana NONverificate verificate↳ ft 'Pnevrva PhaserKa Difsi EKIC il camineroIi .= MAN Provisione-Mara CreepCnt ' AEsempi di K di diversi materialiICMateriale Carico di K IC 1/2Snervamento (MPa) (MPam )MetalliLega

alluminio 495 24 Antivirus(7075-T651) re*f CAN DicoLega di alluminio (2024-T3) 345 44 S newsy trig eAuLega di titanio (Ti6Al4V) 910 55 min ' KICA ILAcciaio (4340 temprato 1640 50e rinvenuto a 260°C)Acciaio (4340 temprato 1420 87.4e rinvenuto a 425°C)ceramiciCalcestruzzo - 0.2-1.4Vetro calce-sodico - 0.7-0.8Allumina - 2.7-5.0wooEnaC wreathAVA polimeriPolistirene (PS) - 0.7-1.1Polimetilmetacrilato (PMMA) 53.8-73.1 0.7-1.6Policarbonato (PC) 62.1 2.2

Come si "usa" il K ?IC• si applica in fase di progetto per calcolare ilmassimo difetto ammissibile durante lacostruzione una volta che siano definite lecaratteristiche meccaniche dei materiali sceltio, reciprocamente, per calcolare la minimatenacità da richiedere per il materiale se ènoto il massimo difetto accettabile incostruzione• La MF si applica in fase di esercizio quando iCND (controlli non distruttivi) individuano lapresenza di difetti che superano i limiti diaccettabilità di costruzione.

In questo caso si tratta di effettuare una valutazione detta di "Fitness For Service (FFS)" (Fitness For Purpose, FFP, Engineering Critical Assessment, ECA) ovvero di valutare se il difetto può essere tollerato senza altri interventi oppure se la struttura deve essere declassata o riparata. Non è però sempre facile effettuare prove di MFLE poiché per i materiali metallici sono per loro natura duttili, e l'ottenimento di condizioni di deformazione piana richiederebbe provini di spessori molto elevati. Per tenere conto in modo rigoroso della deformazione plastica dei provini occorre ricorrere ad un approccio più complesso, come quello della meccanica della frattura elasto-plastica. Esistono prove più semplici, che permettono di valutare il comportamento duttile o fragile dei materiali, anche se, a differenza delle prove di MFLE non danno parametri impiegabili direttamente nel calcolo strutturale. Fattori che

influenzano il comportamento duttile o fragile di un materiale metallico:

• Materiale
• Presenza di difetti acuti
• Temperatura
• Velocità di deformazione

Valutazione della frattura da impatto:

MECCAN DEWAICA (prova di resilienza) FRATNRA ELASTO PLASS ICA-Frau e' DurumurMortyMAMiniLA .Carini 'ran ,if- HAVANA SIA IN le condizioni delle prove da impatto furono CAMPO EL AssecoNE( PLASS inmesse a punto per rappresentare quelle più severe alla frattura di un materiale:

• alta velocità di deformazione
• condizioni di sforzo triassiali (introdotte attraverso: Pinnerre 'D . ( Itl'intaglio) Cosimo Car'SAVA Casino LuvA newM-wun.roNo NoriA sonTwtr Duranthi .ENA
• Possibilità di variare la temperatura, ( mvohioiorwruvri Pthnonow A MINAR ours.Iterrain NATecniche divalutazionedell'impatto

• Charpy
• Izod (impiegato ,principalmente MAREVAVEpotoroo like :per le materie PAMINA

PersaudDELplastiche)DIFFENENLA CourtHA SIA inVIENK POS' PROVINGATOnoni IL \ Aroover INEJuli newsPendolo di Charpy• Strumento molto semplice (in realtà resocomplesso dalle procedure indispensabili disicurezza)• Si basa sulla misura dell’energia necessaria arompere il provino attraverso un urto con unmaglio avente energia nettamente superiore aIquella necessaria a rompere il provino I• La rottura del provino è istantanea VivantmindDWA C NCCA• Impiega provini intagliati in modo da creare,all’atto dell’impatto uno stato di sforzo triassialePROVA Di Resilient A'hi MAIitDICE ResilienzaIL UnNA.COMP Qovarrlinro 'Dotrice ENEMA ' impairedbF ,miRAW• La resilienza è la misura d’energia assorbitadurante la prova con il pendolo di Charpy Churu Vanni• Essa dipende dalla geometria dei provini i Drain- DAWA'Dt/ GEO Mirror A• NON È PERTANTO UN PARAMETRO DI PROGETTO, Dte ProvineMA SOLTANTO UN

INDICE DELLA CAPACITÀ DI✓ ASSORBIRE ENERGIA DI UN MATERIALE

mi DANon .Nouuari Anime •Diners I provini per la prova di resilienza sonoUrrutia Bili rigidamente normati, hanno dimensioni standard,Pen'PmivioenrINSOLVENT AL così come è standard l’intagliotraineeDi AbhiINS ' • La norma prevede diversi tipi di intaglioI✓oui FA( A I 2)Viru have'si 'MFLE we fi MALLOW 'dUrrutia V. AWO- ArnrLeProvini per la prova di resilienzaCharpy Mesnager 5 mm2mm /? .Principio di funzionamento delpendolo di Charpy-1-Nidhi E mghFomMi =p1 1DAALTENA✓ PaveCui a 1KNOW 2E mv=c 0Lie Ancre 2OiOrrinEars E mgh=p2 2E E E mg h h( )= − = −ass p1 p 2 1 2IAvon BNADAL NOPROV Pendolo diCharpy• E = 296J, 400Jp600J (materialiferrosi)• E = 70Jp(materiali nonferrosi)• v= 3÷6 m/sEffetto della temperatura• Il valore di energia assorbita nella prova diresilienza non è di per sé un parametro utile inprogettazione,

ma è solo un indice della capacità del materiale di assorbire energia. PenneArrest. • La prova di resilienza si presta però molto bene per valutare l'effetto della temperatura sul comportamento duttile o fragile di un materiale metallico. CONVENE Our NoiDi HUAIEffi ADPmmaTEMP Loss. • Si eseguono quindi più prove a diverse temperature. Prov noAll, 'EDuran E curare- cLi f )OVATA Wnbanooo' tProvenNEHA TRANCEo. Previn AhnDifficile ILManninen ONuovaTEMP DENIADidi. • Riportando in grafico il valore dell'energia assorbita durante la prova di resilienza in funzione della temperatura si ottiene un andamento a sigmoide ( ). rnAunt NsoBWJCOHA UN rampor.ua'MintCarroUN. • A basse temperature il provino assorbe poca energia C25Monet O eTRAe-, f AVVIENEFRAGILE. • Al crescere della temperatura si osserva una bruscavariazione dell'energia assorbita• In seguito l'energia assorbita raggiunge un valore asintotico MANN A dress forthAnoo MANo" PiiTASHA 'VersoNO TemperatureUiAEE AUMENTAli SEVENTH 'Ami OthEsempio di curve J vs T 10Dtu ' INTALU VA''( WAVE eBuro oru -- )T AWONONE DEWAFUNENERLIA IN ,uTEMPERA NRA Tf Pii sliverV Oinurturing Tanvir- 'Phouma AINSAGUOConIN L urUN , FauveDustin -PriTEMPERA AVAANILINE A NRA ATLi AGUAPENNE INTCON.VANWIE SERVEUNINN Minoin RomainPinEninvia Franchini Proving AsNeenainIU 'V.UN :INIAWO oforiCancerousAD A 'llINRAGUO L be N.)VENICE CAMBAHASILa .- reBrusca mini AminuCOUPONPOND Minervini TENAORA ' MAsiA 'w .Furnari TEMPDEWAIN ,↳ TEMP 01 frralrueDunneA TutusA Bhavani -. .DiMEMO PriMAW novo AVA Mirahwww.our on,uE f. -. www.nriBAVE APen Caroliniana Brownnorunun ,TONAL DEL BASEMARITA . .Temperatura di transizioneduttile/fragile• In corrispondenza della zona di brusca variazione dell'energia assorbita,

la morfologia di frattura dei provini cambia progressivamente da completamente fragile (aspetto "cristallino" e assenza di contrazione laterale) a completamente duttile (aspetto "fibroso" e presenza di marcata contrazione laterale)

Si chiama temperatura di transizione duttile/fragile del metallo la temperatura alla quale il comportamento dei provini