Che cos'è la curva sforzo-deformazione: grafico e tipologie

Durante la produzione di un componente, il pezzo in lavorazione è sottoposto a diverse sollecitazioni, come lo sforzo e la deformazione. Questi due termini hanno significati profondi che ci aiutano a comprenderne l'importanza.

Se desidera comprendere a fondo anche le curve sforzo-deformazione, la guida che segue le spiegherà tutto. Procediamo con la lettura.

Che cos'è lo sforzo?

Lo sforzo è un tipo di forza applicata al materiale. Esso descrive anche i diversi tipi di reazione che un materiale può presentare quando è sottoposto a una forza. Esistono due tipi di sforzo, illustrati di seguito.

Sforzo di trazione

Lo sforzo di trazione viene applicato ai materiali quando questi vengono allungati e stirati in lunghezza. Un esempio è lo stiramento di una barra per aumentarne la lunghezza. Durante lo sforzo di trazione, il materiale viene tirato da entrambi i lati.

Sforzo di compressione

Lo sforzo di compressione viene applicato ai materiali quando questi vengono compressi e, essendo schiacciati, le loro dimensioni si riducono. La forza viene applicata in modo uguale da entrambi i lati.

Che cos'è la deformazione?

La deformazione indica il cambiamento che avviene nel pezzo in lavorazione quando è sottoposto a una forza. La variazione della forma e delle dimensioni dei materiali è causata dalla forza applicata durante la deformazione. Esistono due tipi di deformazione.

Deformazione a trazione

Nella deformazione a trazione, il materiale si allunga a causa della pressione applicata, causando una deformazione permanente.

Deformazione a compressione

La deformazione a compressione viene applicata al materiale, facendolo deformare in modo compressivo, con una riduzione delle dimensioni.

Che cos'è una curva sforzo-deformazione?

La curva sforzo-deformazione è un grafico che mostra la variazione dello sforzo all'aumentare della deformazione.

È ampiamente utilizzata nella produzione per comprendere la natura dei materiali. Aiuta a determinare il comportamento del materiale, ovvero se è duttile in base allo sforzo.

Le curve sforzo-deformazione sono pensate per materiali fragili e duri ma che dovrebbero essere duttili. Di seguito è riportata una curva sforzo-deformazione.

Perché la curva sforzo-deformazione è importante?

La curva sforzo-deformazione è importante perché fornisce agli ingegneri i parametri essenziali necessari per la progettazione. Questo grafico presenta diverse proprietà meccaniche come il punto di snervamento, la tenacità, l'elasticità e l'allungamento.

Spiegazione del grafico sforzo-deformazione

Il grafico sforzo-deformazione presenta molteplici elementi, ciascuno con il proprio significato. Di seguito troverà un'analisi dettagliata di ciascuno di questi elementi.

Limite di proporzionalità

Il limite di proporzionalità è il punto finale della parte lineare della curva; è il modulo di Young che si può ricavare calcolando la pendenza.

Limite elastico

Rappresenta il punto della deformazione elastica.

Punto di snervamento

Il punto di snervamento è anch'esso un limite elastico, ma può essere calcolato.

Punto di sforzo massimo

È il valore massimo di sforzo sulla curva, dopo il quale inizia la strizione. È molto importante assicurarsi che si trovi nel punto di picco della curva, dopo il quale il materiale può rompersi.

Punto di frattura o rottura

Il punto di rottura è quel punto della curva in cui si osserva la deformazione del materiale, che risulta fratturato o rotto.

Legge di Hooke

La legge di Hooke spiega il concetto di elasticità e come la forza possa comprimere o estendere un oggetto. Considera l'elasticità per una data distanza, che è proporzionale alla forza. Maggiore è la forza, maggiore è la distanza. La formula della legge di Hooke è riportata di seguito.

La legge di Hooke afferma che nella maggior parte dei metalli, maggiore è la forza interna, maggiori sono le variazioni di lunghezza. Ciò significa che lo sforzo e la deformazione sono direttamente proporzionali. I metalli possiedono elasticità solo entro un certo limite.

Come leggere il grafico?

La curva sforzo-deformazione può essere letta nel modo suggerito di seguito.

• Selezioni il valore dello sforzo sull'asse y.
• Tracci una linea orizzontale davanti all'asse y in modo che intersechi la linea della curva e contrassegni quel punto.
• Tracci una linea verticale dal punto di intersezione fino all'asse x; queste linee formeranno un angolo retto.
• Il valore rilevato nella prima fase della sollecitazione mostra che la sollecitazione risponde alla deformazione del materiale nel punto considerato.

Tipi di sollecitazione e deformazione

I due tipi di sollecitazione e deformazione sono spiegati di seguito.

Sollecitazione e deformazione ingegneristiche rispetto a quelle reali

La sollecitazione e la deformazione ingegneristiche consentono di ottenere valori confrontabili mediante la prova di trazione standard, per farsi un'idea del comportamento del materiale. Questo tipo è anche detto sollecitazione e deformazione nominale. La formula per la sollecitazione e la deformazione ingegneristiche è la seguente:

La sollecitazione e la deformazione effettive sono la sollecitazione e la deformazione reali. Aiutano a comprendere le proprietà del materiale e, per calcolarle, sono necessari il carico applicato, la lunghezza utile e l'area della sezione trasversale. Per calcolare la sollecitazione e la deformazione reali si possono usare le seguenti formule.

Curve sollecitazione-deformazione per diversi materiali

La curva sollecitazione-deformazione offre una panoramica del comportamento dei materiali quando viene applicata loro una forza. Evidenzia molteplici proprietà del materiale, come i punti di rottura, l'elasticità e la resistenza allo snervamento.

I metalli come l'acciaio presentano una regione elastica lineare e sono duttili. I polimeri, invece, hanno un'elasticità non lineare caratterizzata da grandi deformazioni senza un punto di snervamento specifico.

Per quanto riguarda il vetro e le ceramiche, essi sono fragili e presentano curve simili a quelle dell'acciaio con rottura improvvisa. Tali curve servono ad aiutare gli ingegneri a selezionare il materiale in base alla sollecitazione che può sopportare.

Conclusione

La curva sollecitazione-deformazione svolge un ruolo fondamentale nell'analisi dei materiali per la produzione di componenti. Noi di DEK analizziamo la curva sollecitazione-deformazione prima di produrre i componenti, così da offrirvi i materiali giusti.