OBIETTIVI ESPERIENZAValutazione sperimentale del comportamento a rottura di provini di Alluminio, PMMA e Ottone in presenza o assenza di effetto di intaglio generato da foro circolare.

MATERIALE E STRUMENTAZIONELa prova viene eseguita presso il Dipartimento di ingegneria meccanica delluniversit di Padova allinterno del laboratorio di costruzioni di macchine Trattasi di officina divisa a reparti, in particolare localizzati allinterno del settore di Costruzione di Macchine Macchina per prova a Trazione Vengono in seguito elencate le principali caratteristiche della macchina utilizzata per eseguire la prova a trazione: Forza massima applicabile: 100kN Misuratore di spostamento: LVDT Misuratore di forza: Cella di carico Attuatori: Due pistoni pneumatici Tipologia controllo: (la macchina pu utilizzare pi sistemi di controllo) Di Forza: si sposta secondo un incremento di forza costante nel tempo Deformazione: si sposta secondo un definito Di spostamento: variabili scelte punto di inizio, fine e velocit; tipologia di controllo da noi utilizzata N.B possibile scegliere la velocit di campionamento Provini La prova viene eseguita su due tipologie di provini per poter confrontare leffetto dellintaglio Piatti (di dimensioni variabili a seconda del materiale) Forati (con foro centrale) Entrambi con la medesima sezione netta

CONSIDERAZIONI TEORICHESe si esegue una prova a Trazione su provino (liscio) si ha un andamento delle tensioni uniforme secondo la legge =NA

1 Andamento delle tensioni in un proviono liscio

Spesso per le forme dei componenti meccanici non sono regolari, questo comporta una modifica della distribuzione degli sforzi e provoca localmente delle sollecitazioni pi elevate

Andamento delle tensioni in un provino soggetto ad intaglio

Andamento fibre in un provino soggetto a intaglio

Nelle zone prossime alla discontinuit geometrica non quindi corretto riferirsi alla distribuzione teorica degli sforzi , ma occorre conoscere il reale andamento , e in particolare il punto di massima sollecitazione , allo scopo di impostare una corretta verifica di resistenza. (E obiettivo della presente esperienza verificare questo aumento delle tensioni)

Il valore delle tensioni sar quindi pari a: g=NAg ; n=NAn Da cui deriva: ng=AgAn Come si vede da questa relazione essendo Ag>An ne risulta che g n

Si dermina un FATTORE Ktn (teorico nominale) adimensionale che quantifica leffetto geometrico sulle tensioni permettendo di calcolare la sollecitazione massima pe. Tale coefficiente esprime il rapporto tra lo sforzo effettivo massimo e lo sforzo nominale ktnpen Analogamente ktgpeg Se si ipotizza il materiale isotropo e omogeneo, Kt dipende solo dalla geometria del provino in esame e non dal materiale. Quindi con geometrie che presentano gli stessi rapporti geometrici caratteristici il valore di kt lo stesso Conoscendo il coefficiente dintaglio sar cos possibile risalire al valore dello sforzo massimo agente sulla

Il coefficiente dintaglio solitamente viene rappresentato graficamente (allegato A Provino forato al centro) in funzione dei parametri che caratterizzano la geometria dellintaglio. Ovviamente esistono raccolte di pi diagrammi in funzione della tipologia dellintaglio. Si dovr successivamente confrontare Ktn teorico con un nuovo fattore sperimentale di riduzione del carico a rottura Kts KsrR liscioR forato Elenco materiale e disegno Lega di Alluminio 6082 PMMA Ottone

ESECUZIONE DELLA PROVASi centra il provino nella prima ganascia e lo si blocca. Sposto lattuatore in modo tale da raggiungere la posizione desiderata ovvero appena prima del raccordo bloccando anche la seconda ganascia. onde evitare di imprimere momento flettente indesiderato si deve prestare attenzione a non bloccare il provino non allineato con lasse delle ganasce mentre per quanto concerne il momento torcente esse sono libere di muoversi.

Prima di iniziare la prova necessario azzerare la forza agente sul provino procedendo in controllo di forza e la posizione dei pistoni nel software. Si procede con la prova in controllo di spostamento utilizzando i parametri sopra indicati. Quando il provino giunge a rottura viene rimosso dalla macchina possibile misurare la lunghezza del tratto utile e calcolare lallungamento unitario =L-L0L0 [adm]

RILEVAZIONI GRANDEZZE RISULTANTI(solo tabelle con grandezze)

OSSERVAZIONI FATTE DURANTE LA PROVAIn seguito vengono elencate alcune considerazioni di carattere generale, emerse durante lo svolgimento della prova, inerenti ai vari materiali: Alluminio -Nellallungamento il materiale subisce una deformazione localizzata nelle quali zone , tende a diventare opaco e successivamente a buccia darancia altrove la superficie rimane liscia. PMMA -Essendo il plexiglass un materiale tipicamente fragile e poco duttile ci aspettiamo Ks Kt. -Analizzando la superficie di rottura si pu individuare un punto pi lucido e liscio; qui si innesca la cricca che poi si propaga in modo rapido (superficie non lucida) lungo il resto della sezione provocando una rottura non statica ma dinamica. -La cricca si propaga pi velocemente di quanto il materiale snervi. (disegno prop. Cricca)

RISULTATIALLUMINIO PLEXIGLASS

OTTONE Dati relativi alla prova:MATERIAL w t AREA FORZA E [mm] [mm] [mm] [mm2] [KN] PLEXIGLA SS 29,80 10,10 300,98 20,808 PLEXIGLA SS 40,50 9,30 10,00 283,65 13,632 PLEXIGLA SS 30,20 9,40 283,88 19,541 PLEXIGLA SS 40,00 9,30 10,00 279,00 12,198 PLEXIGLA SS 29,80 9,20 274,16 17,476 PLEXIGLA SS 39,20 9,75 10,00 284,70 12,427 ALLUMINI O 30,00 5,00 150,00 29,976 ALLUMINI O 40,10 5,00 10,00 150,50 29,945 ALLUMINI O 30,20 5,00 151,00 29,947 ALLUMINI O 39,90 5,00 10,10 149,00 29,793 ALLUMINI O 30,30 5,00 151,50 29,997 ALLUMINI O 30,10 5,00 10,00 100,50 19,721 OTTONE OTTONE OTTONE OTTONE OTTONE OTTONE 16,20 32,00 16,65 31,90 16,75 31,85 6,00 6,00 6,00 6,00 6,00 6,00 16,00 16,00 16,00 97,20 96,00 99,90 95,40 100,50 95,10 44,642 45,045 45,385 44,280 44,316 44,211

SIGLA PL-L1 PL-F1 PL-L3 PL-F3 PL-L4 PL-F4 AL-L2 AL-F2 AL-L3 AL-F3 AL-L4 AL-F4 OT-L3 OT-F3 OT-L4 OT-F4 OT-L5 OT-F5

r [Pa] Ks69,13 4 48,05 9 68,83 5 43,72 0 63,74 4 43,64 9 199,8 40 198,9 70 198,3 25 199,9 53 198,0 00 196,2 29 459,2 80 469,2 19 454,3 04 464,1 51 440,9 55 464,8 90 1,4 4

/w

0,25 1,5 7 0,25 1,4 6 0,26 1,0 0 0,25 0,9 9 0,25 1,0 1 0,33 0,9 8 0,50 0,9 8 0,50 0,9 5 0,50

Valori di Kt teorici ricavati dalla tabella (allegato A) e Ks ricavati sperimentalmente Materiali PLEXIGLASS ALLUMINIO OTTONE Kt 2,41 2,40 2,17 Ks 1,49 1,00 0,97

CONSIDERAZIONI FINALILa prima considerazione che viene spontanea che Kt e Ks non coincidono. Durante la prova a trazione dellalluminio ci aspettavamo che il provino forato si rompesse con una forza 2,4 volte inferiore, in realt la forza risultata pressoch la stessa. Per meglio interpretare i dati ottenuti introduciamo un parametro che relaziona Kt con Ks =KtKs Materiali PLEXIGLASS ALLUMINIO OTTONE 1,618 2,396 2,195

Dalla tabella si nota che materiali diversi hanno una sensibilit diversa al fenomeno dellintaglio. Nei materiali pi duttili tale fenomeno quasi impercettibile mentre diventa rilevante nei materiali pi fragili. Il coefficiente compreso allinterno di un intervallo: Va da un valore minimo di =1 (nel caso di materiale idealmente fragile, Ks=Kt) ad un valore massimo di =Kt (nel caso di materiale completamente elastico, Ks=1) 1