Proprietà Meccaniche dei Materiali: Sforzo, Deformazione e Limiti di Elasticità

UNITÀ III: Concetti Fondamentali di Meccanica dei Materiali

Questa sezione introduce e definisce i parametri chiave che caratterizzano il comportamento meccanico dei materiali.

1. Determinazione della Curva Caratteristica

Essa rappresenta le relazioni funzionali tra i parametri che caratterizzano una bomba. Queste curve mostrano come e quando una specifica unità agirà per un tempo determinato e con una corrente specifica. Una curva è rappresentata da un intervallo definito da un valore minimo e uno massimo di tempo o di corrente.

2. Deformazione Laterale o Restringimento

È una scala che misura quanto un materiale o uno spazio si è ridotto in larghezza a seguito di uno sforzo.

3. Sforzo

È il rapporto interno dei materiali quando sono sottoposti a carichi. Di solito è espresso come intensità della forza, cioè la forza per unità di area. Il concetto di sforzo è artificiale e, quindi, gli sforzi non possono essere misurati sperimentalmente, ma ci sono molte tecniche sperimentali utilizzate per misurare la deformazione. Pertanto, se si conosce la relazione tra sforzo e deformazione, è possibile calcolare lo stato di sforzo in un punto, dopo aver misurato lo stato di deformazione. La relazione tra sforzo e deformazione, chiamata modulo di elasticità, così come il limite di elasticità, sono determinate dalla struttura molecolare dei materiali. La distanza tra le molecole di un materiale in condizioni di sforzo dipende da un equilibrio tra le forze molecolari di attrazione e repulsione.

5. Rendimento (Carico di Snervamento)

È noto anche come carico di snervamento, ed è la tensione massima che un materiale elastico è in grado di sopportare senza deformazioni permanenti. Se le tensioni applicate sono superiori a questo limite, il materiale subisce una deformazione permanente e non ritrova la sua forma originale, anche rimuovendo i carichi. In generale, un materiale sottoposto a sollecitazioni al di sotto del limite di elasticità si deforma temporaneamente secondo la legge di Hooke. Materiali sottoposti a sforzo maggiore rispetto al loro limite di elasticità hanno un comportamento plastico. Se le tensioni continuano ad aumentare, il materiale raggiunge il suo punto di rottura. Il limite elastico segna così il campo elastico al di sopra dell'area di influenza. Più formalmente, questo implica che in uno stato di tensione uniassiale, il limite di elasticità è il punto oltre il quale il materiale entra nella superficie di snervamento.

6. Curve Elastica/Plastica

È la deformazione dovuta alla flessione dell'asse longitudinale di una trave, causata dall'applicazione di carichi trasversali sulla trave stessa. L'equazione elastica è l'equazione differenziale per l'asse di una trave lineare, che consente di trovare la forma concreta della curva elastica. In particolare, l'equazione elastica è un'equazione per il campo di spostamento che la trave subisce dal suo asse rettilineo o curvo originale fino alla flessione finale.

7. Limite di Snervamento Superiore

È il punto superiore al limite di snervamento in cui si verifica una deformazione permanente, senza un aumento dello sforzo applicato. È visibile nei materiali duttili, ma non in quelli fragili e duri. Si individua il punto allo 0,2% nel grafico tracciando una parallela alla linea che si attacca alla curva, che rappresenta il limite di snervamento.

8. Il Modulo di Young o Modulo Elastico (di Elasticità)

È un parametro che caratterizza il comportamento di un materiale elastico, a seconda della direzione in cui la forza è applicata. Per un materiale elastico lineare ed isotropo, il modulo di Young ha lo stesso valore per trazione e compressione, essendo una costante indipendente dallo sforzo che non superi un valore massimo detto carico di snervamento, ed è sempre superiore a zero: se si applica una forza, la lunghezza di una barra aumenta, non diminuisce. Questo comportamento è stato osservato e studiato dallo scienziato inglese Thomas Young. Sia il modulo di Young sia la resistenza sono diversi per materiali diversi. Il modulo di elasticità è una costante del materiale che, come il limite elastico, può essere trovata empiricamente tramite la prova di trazione del materiale. In aggiunta a questo modulo longitudinale, in un materiale può essere definito anche un modulo di elasticità tangenziale.

9. Allungamento (Deformazione Assiale)

È una quantità che misura l'aumento in lunghezza di un materiale quando è sottoposto a una forza di trazione, prima che si verifichi la rottura. L'allungamento è espresso come percentuale (%) rispetto alla lunghezza originale. Questo termine è conosciuto anche come allungamento. In un materiale elastico, l'allungamento non supera il limite elastico; il materiale recupera la sua lunghezza iniziale quando la trazione cessa. Se invece l'allungamento supera il limite elastico, il materiale non riprende la sua lunghezza originale.