Deformazione di un materiale
La deformazione del materiale è una scienza che caratterizza il modo in cui un dato materiale reagisce quando sottoposto a stress meccanico. Questa nozione è essenziale nella progettazione (capacità della parte di svolgere la sua funzione), fabbricazione (sagomatura della parte) e dimensionamento meccanico (calcolo del margine di sicurezza di un dispositivo per evitare la rottura).
La capacità di una parte di deformarsi e resistere alle forze dipende da tre parametri:
- la forma della stanza;
- la natura del materiale;
- processi di produzione: trattamento termico, trattamento superficiale, ecc.
L'influenza della forma del pezzo è studiata nella meccanica del mezzo continuo (CMM). L'influenza del materiale è descritta molto brevemente qui.
Caratterizzazione
Un materiale è caratterizzato meccanicamente da sette proprietà identificabili e misurabili. Ciascuna di queste caratteristiche è soggetta a test o misurazioni standardizzati e ben definiti.
Disegniamo su una
provetta ; e viene misurato il rapporto stress / deformazione - caratterizzazione:
modulo E giovane espresso in gigapascal (GPa).
Tiriamo una provetta finché non si rompe. Caratterizzazione: Resistenza meccanica rilevata
R m , Resistenza elastica rilevata
R e espressa in megapascal (MPa).
Si tira una provetta entro il limite di plasticità e si misura l'allungamento - caratterizzazione: allungamento o restringimento in percentuale.
-
Tenacità : capacità di resistere alla propagazione delle fessure.
-
Durezza : la capacità di un materiale di resistere alla penetrazione.
La penetrazione di un penetratore (sfera, diamante, punta, ecc.) Viene misurata per una data forza - Caratterizzazione: Misura in unità specifiche:
durezza Vickers ,
Brinell ,
Rockwell a seconda del tipo di test effettuato.
-
Resilienza : la capacità di un materiale di resistere agli urti.
Misuriamo l'energia cinetica necessaria per rompere una provetta con una
pecora Charpy -. Caratterizzazione:
KV annotato È espresso in J cm 2 .
Un provino viene sottoposto ad un ciclo alternato di trazione / compressione fino alla rottura - caratterizzazione: rapporto del ciclo / resistenza meccanica dell'unità espresso in percentuale.
Anisotropia
Nel caso di materiali anisotropi come legno, cemento, cristalli o anche metalli (limite elastico), deve essere specificata anche la direzione del materiale in relazione alle sollecitazioni della prova: direzione delle fibre, ferri da stiro, laminazione ...
Relazione tra proprietà meccaniche
Non esiste necessariamente una correlazione tra queste diverse proprietà, ad esempio:
- l' alluminio ha un modulo di Young inferiore rispetto al getto (si deforma di più, a parità di sforzo) ma una maggiore resilienza (è più resistente agli urti);
- un acciaio per molle ha un modulo di Young basso (si deforma molto per forze basse) ma ha una resistenza equivalente a un acciaio legato;
- il vetro ha una grande durezza ma una resilienza molto bassa (è difficile graffiare il vetro ma si rompe facilmente). Il legno ha una durezza bassa ma una resilienza superiore (si graffia facilmente ma è più difficile da rompere).
Alcuni materiali sono "buoni" quasi ovunque, ad esempio un acciaio legato ad alta resistenza. Unica pecca è che non è molto duttile (non si deforma a freddo); per dargli forma sono necessarie complesse operazioni di stampaggio a caldo. Alcuni materiali sono "cattivi" quasi ovunque, ad esempio la plastilina. Unica qualità, è duttile: puoi allungarlo facilmente e dargli la forma desiderata.
Altri materiali hanno una marcata anisotropia, quindi il legno resiste alla tensione meglio della compressione; al contrario, il calcestruzzo funziona bene in compressione ma molto male in trazione quando non è armato. I metalli sono generalmente isotropi: reagiscono allo stesso modo in tutte e tre le direzioni dello spazio.
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