Esistono due tipi di corpo: corpo rigido e corpo deformabile. La distanza tra due punti qualsiasi rimane costante con la forza applicata su un corpo è nota come a corpo rigido e il corpo in cui questo cambiamento di distanza è noto come a corpo deformabile. La forza del materiale è lo studio dei corpi deformabili. In questo studio studiamo le diverse proprietà dei materiali applicando una forza su di essi. Lo studio della resistenza dei materiali aiuta a selezionare il materiale per diverse applicazioni in base alle loro proprietà. Viene anche definita resistenza del materiale Meccanica dei materiali. La resistenza del materiale include sollecitazione, deformazione, curva sforzo-deformazione, ecc.
Stress ingegneristico
- Il carico istantaneo o la forza applicata per unità di area originale della sezione trasversale (prima di qualsiasi deformazione) è noto come stress ingegneristico.
- È indicato da σ (sigma). L'unità SI dello stress ingegneristico è N/m2 o Pascal (Pa).
Sollecitazione ingegneristica= (Forza applicata)/ (Area originale)
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Classificazione dello stress
Generalmente le seguenti sollecitazioni ingegneristiche sono classificate negli studi sulla resistenza dei materiali.
Stress normale
- Quando la forza applicata è perpendicolare alla sezione trasversale data del provino (carico assiale), la sollecitazione corrispondente prodotta nel materiale è nota come sollecitazione normale.
- Molte volte la forza applicata sulla superficie non è uniforme; in tal caso, prendiamo una media della forza applicata.
Sollecitazione normale= (componente perpendicolare della forza applicata)/area
Trazione
Quando la forza applicata è lontana dal materiale, lo stress prodotto è noto come stress da trazione.
Sollecitazione di compressione
Quando la forza applicata è rivolta verso l'oggetto, lo stress prodotto è noto come stress di compressione.
Sollecitazione di flessione
- Quando la forza viene applicata sul materiale a forma di trave, la superficie superiore del materiale subisce uno stress di tipo compressivo, mentre la superficie inferiore subisce uno stress di tipo tensionale e il centro della trave rimane neutro. Tale stress è noto come stress da flessione.
- È noto anche come stress da flessione.
Sforzo di taglio
Quando la forza applicata è parallela all'area su cui viene applicata, lo stress è noto come stress di taglio.
Formula di sollecitazione di taglio
Sollecitazione di taglio= (Forza imposta parallelamente alle facce superiore e inferiore) / Area.
Sollecitazione di trazione vs sollecitazione di taglio
| Trazione | Sforzo di taglio |
| La forza applicata è perpendicolare in superficie. | La forza applicata è parallelo in superficie. |
| È indicato con σ. | È indicato con τ. |
Equazione dello stress combinato
Studiando la resistenza dei materiali in esempi di vita reale, possiamo avere casi in cui più di un tipo di sollecitazione agisce sul materiale, in tal caso dobbiamo avere un'equazione che possa combinare diversi tipi di sollecitazioni
Di seguito è riportata l'equazione che combina le sollecitazioni di taglio e di trazione.
Dove,
fx= sollecitazione di trazione o compressione nella direzione x
fy= sollecitazione di trazione o compressione nella direzione y
fs= sforzi di taglio agenti sulle facce nelle direzioni x e y
f1= massimo sforzo di principio
f2= sforzo di trazione minimo
q= massimo sforzo di taglio
Fattore di concentrazione dello stress
- Negli studi sulla resistenza dei materiali, molte volte il materiale su cui applichiamo lo stress non è uniforme. Potrebbe presentare alcune irregolarità nella sua geometria o all'interno della struttura formata a causa di scheggiature, graffi, fori, raccordi, scanalature, ecc., che fanno sì che la concentrazione di stress sia molto elevata in un punto del materiale noto come concentrazione di stress or aumento/aumento dello stress.
- Il grado di questa concentrazione è espresso come il rapporto tra la sollecitazione massima e la sollecitazione di riferimento, dove la sollecitazione di riferimento è la sollecitazione totale all'interno di un elemento nelle stesse condizioni di carico, senza alcuna concentrazione o discontinuità.
Formula del fattore di concentrazione dello stress:
Concentrazione dello stress= stress massimo/stress di riferimento
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Fattore di sicurezza
- Durante lo studio della resistenza dei materiali, ci sono sempre alcune incertezze nei valori misurati delle sollecitazioni; quindi, lo stress che prenderemo in considerazione per il nostro utilizzo noto come stress lavorativo (σw) è sempre inferiore al valore sperimentale dello stress. Nella maggior parte delle applicazioni consideriamo il limite di snervamento (σy).
- Lo stress lavorativo viene determinato riducendo il carico di snervamento di un fattore; tale fattore è noto come fattore di sicurezza. Quindi, il fattore di sicurezza è un rapporto tra carico di snervamento e stress lavorativo. Il suo simbolo è N. È una quantità senza unità.
Fattore di sicurezza = limite di snervamento/stress lavorativo
Ceppo ingegneristico
- La variazione di lunghezza in un dato istante del materiale per unità di lunghezza originale (prima di qualsiasi applicazione di forza) è nota come deformazione ingegneristica.
- È indicato da ε (Epsilon) o γ (Gamma). È una quantità senza unità.
Deformazione tecnica= (Variazione di lunghezza)/ (Lunghezza originale)
Rapporto di Poisson
- Quando al materiale viene applicata una sollecitazione di trazione, si verifica un allungamento lungo l'asse del carico applicato e un accorciamento lungo le direzioni perpendicolari alla sollecitazione applicata. Pertanto, la deformazione prodotta nella direzione della sollecitazione applicata è nota come deformazione assiale e viene chiamata la deformazione prodotta nella direzione perpendicolare alla sollecitazione applicata deformazione laterale or deformazione trasversale.
- Il rapporto tra la deformazione laterale e la deformazione assiale è noto come Rapporto di Poisson. È indicato con ʋ (nu). È una costante molto importante per un dato materiale.
Rapporto di Poisson= – (Deformazione laterale/Deformazione assiale)
Supponiamo che il carico applicato sia nella direzione z e che la deformazione prodotta in quella direzione sia εx e il materiale è isotropo e omogeneo ( ), allora lo è il rapporto di Poisson
Per conoscere in dettaglio il rapporto di Poisson Visita qui
Curva sforzo-deformazione
- Il grafico dello stress-deformazione fornisce un numero considerevole di proprietà del materiale nello studio della resistenza dei materiali.
- La curva sforzo-deformazione è una curva sforzo-deformazione in cui la deformazione è su un asse indipendente, cioè sull'asse x, e lo stress è su un asse dipendente, cioè sull'asse y. È una caratteristica importante del materiale.
- Nell'applicazione del carico, nel materiale si verificano due tipi di deformazione a seconda del valore di deformazione, la prima è la deformazione elastica e la seconda è la deformazione plastica.
Vera curva sforzo-deformazione
Si tratta di una curva sforzo-deformazione in cui lo stress reale viene tracciato rispetto alla deformazione reale. Sia lo stress che la deformazione si basano su misurazioni istantanee. Pertanto, viene considerata l'area della sezione trasversale istantanea invece della sezione trasversale originale, e viene considerata la lunghezza istantanea invece della lunghezza originale.
Deformazione elastica
- La deformazione elastica è la deformazione in cui il materiale riacquista la sua forma originale quando la forza viene rimossa.
- Questa regione ha un limite proporzionale, limite elastico, limite di snervamento superiore e punto di snervamento inferiore.
Modulo di elasticità | Legge di Hooke
- Quando si verifica questo tipo di deformazione, la deformazione del pezzo metallico è quasi proporzionale alla sollecitazione; pertanto, questa deformazione si presenta come una linea retta nel grafico Sollecitazione/deformazione, ad eccezione di alcuni materiali come ghisa grigia, cemento e molti polimeri.
- Lo stress è proporzionale alla tensione attraverso questa relazione.
- Questo è noto come Legge di Hooke, dove Y è la costante di proporzionalità detta Modulo di Young or Modulo di Elasticità. È anche indicato con E. È la pendenza della curva sforzo-deformazione nel limite elastico. È una delle leggi più importanti negli studi sulla resistenza dei materiali.
Formula del modulo di elasticità
Il suo valore è leggermente superiore per la ceramica rispetto ai metalli e il valore è leggermente inferiore per i polimeri rispetto ai metalli. Oppure la maggior parte delle strutture deve avere una deformazione solo nel limite elastico; pertanto, questa regione è piuttosto importante.
Deformazione plastica
- Se la forza applicata viene rimossa in questa regione, il materiale non riacquista la sua forma originale.
- La deformazione del materiale è permanente.
- In questa regione la legge di Hooke non è valida.
- Questa regione ha la massima resistenza alla trazione dei materiali e il punto di rottura.
- Ci sono alcuni punti sulla curva attorno a quale tipo dei cambiamenti deformativi. Questi punti sono molto importanti in quanto ci parlano delle limitazioni e delle gamme di materiale che sono in definitiva utili nell’applicazione del materiale.
Limite proporzionale
- È il punto della curva fino al quale lo stress è proporzionale alla deformazione.
- Quando il materiale viene allungato oltre il limite di proporzionalità, lo stress non è proporzionale alla deformazione, ma mostra comunque un comportamento elastico.
Limite elastico
- È il punto della curva fino al quale il materiale mostra un comportamento elastico.
- Dopo questo punto inizia la deformazione plastica del materiale.
- Oltre il limite elastico, lo stress fa sì che il materiale fluisca o ceda.
Punto di snervamento
È il punto in cui avviene lo snervamento del materiale; quindi da questo punto inizia la deformazione plastica del materiale.
Cos'è la forza di rendimento?
- Lo stress corrispondente al punto di snervamento è noto come resistenza allo snervamento—la sua resistenza alla deformazione plastica.
- Molte volte non è possibile localizzarlo con precisione. La transizione elastico-plastica è ben definita e molto brusca, definita come fenomeno del punto di snervamento.
- Punto di rendimento superiore: È il punto nel grafico in cui è richiesto il carico massimo o lo stress per avviare la deformazione plastica del materiale.
- Punto di rendimento inferiore: È un punto in cui è richiesto uno stress o un carico minimo per mantenere il comportamento plastico del materiale.
- Il punto di snervamento superiore è instabile, ma il punto di snervamento inferiore è stabile, quindi utilizziamo un punto di snervamento inferiore durante la progettazione dei componenti.
Definizione di forza ultima | Definizione ultima dello stress
- Dopo lo cedimento, man mano che la deformazione plastica continua, si raggiunge un limite massimo noto come sforzo ultimo o resistenza ultima.
- È anche conosciuto come Massima resistenza alla trazione (UTS) o resistenza alla trazione. È la massima sollecitazione che può essere sopportata da un materiale in tensione.
- Tutta la deformazione fino a questo punto è uniforme, ma a questo stress massimo comincia a formarsi un piccolo restringimento del materiale, questo fenomeno è definito come ‘collocare’.
Punto di rottura | Punto di frattura | Punto di rottura
- Lo stress necessario per continuare la deformazione plastica inizia a diminuire dopo la resistenza alla rottura e alla fine rompe il materiale in un punto noto come punto di rottura o punto di frattura.
- Lo stress del materiale nel punto di rottura è noto come “resistenza alla rottura”.
Curva sforzo-deformazione per materiale fragile
Curva sforzo-deformazione per materiale duttile
Domande e risposte importanti relative alla resistenza dei materiali
Cos'è lo stress ingegneristico?
Il carico istantaneo o la forza applicata per unità di area originale della sezione trasversale (prima di qualsiasi applicazione della forza) è noto come stress ingegneristico.
È indicato con σ (sigma). L'unità SI di stress ingegneristico è N/m2 o Pascal (Pa).
Cos'è la deformazione ingegneristica?
La variazione di lunghezza in un dato istante del materiale per unità di lunghezza originale (prima di qualsiasi applicazione di forza) è nota come deformazione ingegneristica.
È indicato con ε (Epsilon) o γ (Gamma). È una quantità senza unità.
Cos'è lo stress da trazione?
Quando la forza applicata è lontana dal materiale, lo stress prodotto è noto come stress da trazione.
Cos'è lo stress da compressione?
Quando la forza applicata è rivolta verso l'oggetto, lo stress prodotto è noto come stress di compressione.
Cos'è lo stress da taglio?
Quando la forza applicata è parallela all'area su cui viene applicata, lo stress è noto come stress di taglio.
Cos'è il fattore di sicurezza?
Ci sono sempre alcune incertezze nei valori misurati delle sollecitazioni; quindi lo stress che andremo a considerare per il nostro utilizzo noto come Stress lavorativo (σw) è sempre inferiore al valore sperimentale dello Stress. Nella maggior parte delle applicazioni, consideriamo la resistenza allo snervamento (σy).
Lo stress lavorativo viene determinato riducendo il carico di snervamento di un fattore; tale fattore è noto come fattore di sicurezza. Quindi, il fattore di sicurezza è un rapporto tra carico di snervamento e stress lavorativo. Il suo simbolo è N. È una quantità senza unità.
Qual è la vera curva sforzo-deformazione?
Si tratta di una curva sforzo-deformazione in cui lo stress reale viene tracciato rispetto alla deformazione reale. Sia la sollecitazione che la deformazione si basano su misurazioni istantanee, pertanto viene considerata l'area istantanea della sezione trasversale anziché la sezione trasversale originale e la lunghezza istantanea viene considerata anziché la lunghezza originale.
Cos'è il punto di rottura?
Lo stress necessario per continuare la deformazione plastica inizia a diminuire dopo la resistenza alla rottura e alla fine rompe il materiale in un punto noto come punto di rottura.
Qual è la resistenza alla trazione finale?
Dopo lo cedimento, man mano che la deformazione plastica continua, si raggiunge un limite massimo noto come sforzo ultimo o resistenza ultima, noto anche come carico ultimo di trazione (UTS)
Cos'è la legge di Hooke? | Spiegare la legge di Hooke
Quando si verifica questo tipo di deformazione, la deformazione del pezzo metallico è quasi proporzionale alla sollecitazione; pertanto, questa deformazione si presenta come una linea retta nel grafico Sollecitazione/deformazione, ad eccezione di alcuni materiali come ghisa grigia, cemento e molti polimeri. Lo stress è proporzionale alla tensione attraverso questa relazione.
Questa è nota come Legge di Hooke, dove Y la costante di proporzionalità è nota come Modulo di Young.
È una delle leggi più importanti negli studi sulla resistenza dei materiali.
CONCLUSIONE
In questo articolo viene spiegata in dettaglio la terminologia importante relativa alla resistenza dei materiali, ad esempio stress ingegneristico, deformazione, curva sforzo-deformazione sia per materiali duttili che fragili, modulo di giovane età, rapporto di Poisson ecc. La resistenza dei materiali è anche nota come meccanica dei materiali.
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