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Questions and Answers
Cosa si intende per limite di fatica di un materiale?
Cosa si intende per limite di fatica di un materiale?
- Il punto in cui un materiale inizia a deformarsi plasticamente.
- Il valore massimo di sforzo che un materiale può sopportare in trazione.
- Il valore di sforzo alternato che un materiale può sostenere per un numero prefissato di cicli. (correct)
- Il carico di rottura immediato di un materiale senza cicli di prova.
Quale delle seguenti affermazioni è corretta riguardo alla soglia di vita infinita?
Quale delle seguenti affermazioni è corretta riguardo alla soglia di vita infinita?
- Viene stabilita solo dopo che si eseguono prove di carico statico.
- Dipende dal materiale e dalle condizioni di esercizio. (correct)
- È identica per i componenti di auto da corsa e per quelli di produzione di serie.
- È sempre fissata ad un valore costante per tutti i materiali.
Qual è uno dei principali requisiti normativi per le provette di fatica?
Qual è uno dei principali requisiti normativi per le provette di fatica?
- Devono avere una geometria standardizzata.
- Devono essere realizzate in materiali diversi per ogni prova.
- I limiti di rugosità devono essere molto rigorosi. (correct)
- Devono essere sempre non lucide.
Cosa distingue la fatica a flessione rotante dalla fatica assiale pulsante?
Cosa distingue la fatica a flessione rotante dalla fatica assiale pulsante?
Quale metodo è considerato più lungo e costoso per determinare il limite di fatica di un materiale?
Quale metodo è considerato più lungo e costoso per determinare il limite di fatica di un materiale?
Quali sforzi sono considerati semplici in contesti di fatica?
Quali sforzi sono considerati semplici in contesti di fatica?
Qual è il principale scopo delle prove di fatica?
Qual è il principale scopo delle prove di fatica?
Qual è un fattore chiave che influisce sul risultato delle prove di fatica?
Qual è un fattore chiave che influisce sul risultato delle prove di fatica?
Qual è il significato di limite di fatica a vita infinita?
Qual è il significato di limite di fatica a vita infinita?
Quali informazioni offre la curva di Wöhler?
Quali informazioni offre la curva di Wöhler?
Quale fattore può influenzare il limite di fatica di un materiale?
Quale fattore può influenzare il limite di fatica di un materiale?
Qual è la relazione tra sollecitazioni e numero di cicli in una prova di fatica?
Qual è la relazione tra sollecitazioni e numero di cicli in una prova di fatica?
Cosa implica un sovraccarico secondo l'analisi di fatica?
Cosa implica un sovraccarico secondo l'analisi di fatica?
Per quali materiali si considera che il limite di fatica venga raggiunto a 5x10^6 cicli?
Per quali materiali si considera che il limite di fatica venga raggiunto a 5x10^6 cicli?
Quale affermazione è vera riguardo alle leghe di alluminio in termini di rottura a fatica?
Quale affermazione è vera riguardo alle leghe di alluminio in termini di rottura a fatica?
Quale delle seguenti condizioni di carico è cruciale per ottenere risultati significativi nelle prove di fatica?
Quale delle seguenti condizioni di carico è cruciale per ottenere risultati significativi nelle prove di fatica?
Qual è la definizione di limite di fatica?
Qual è la definizione di limite di fatica?
Cosa rappresenta l'ampiezza dello sforzo $ au_a$ nella curva di Wöhler?
Cosa rappresenta l'ampiezza dello sforzo $ au_a$ nella curva di Wöhler?
Quali fattori possono influenzare negativamente la vita a fatica di un materiale?
Quali fattori possono influenzare negativamente la vita a fatica di un materiale?
Quale intervento contribuisce a migliorare la resistenza a fatica di un pezzo?
Quale intervento contribuisce a migliorare la resistenza a fatica di un pezzo?
In che modo le inclusioni non metalliche influiscono sulla fatica del materiale?
In che modo le inclusioni non metalliche influiscono sulla fatica del materiale?
Qual è uno degli obiettivi dei test di fatica su provette?
Qual è uno degli obiettivi dei test di fatica su provette?
Cosa si intende per resistenza a fatica di un materiale?
Cosa si intende per resistenza a fatica di un materiale?
Quale condizione contribuisce ad aumentare il limite di fatica di un materiale?
Quale condizione contribuisce ad aumentare il limite di fatica di un materiale?
Quali sono i tre stadi della rottura per fatica?
Quali sono i tre stadi della rottura per fatica?
Cosa determina il cedimento di un pezzo per fatica sotto carico ciclico?
Cosa determina il cedimento di un pezzo per fatica sotto carico ciclico?
Perché è necessario il dimensionamento a fatica per i componenti sollecitati ciclicamente?
Perché è necessario il dimensionamento a fatica per i componenti sollecitati ciclicamente?
Qual è la percentuale di rotture dovute alla fatica rispetto al totale?
Qual è la percentuale di rotture dovute alla fatica rispetto al totale?
Qual è la fase di innesco nella rottura da fatica e che fenomeni coinvolge?
Qual è la fase di innesco nella rottura da fatica e che fenomeni coinvolge?
Qual è la caratteristica fondamentale delle rotture per fatica?
Qual è la caratteristica fondamentale delle rotture per fatica?
Che tipo di prove si utilizzano per problemi di fragilità in materiali?
Che tipo di prove si utilizzano per problemi di fragilità in materiali?
Cosa può causare la rottura di componenti come ganci o funi anche se sottoposti a forze inferiori a quelle di snervamento?
Cosa può causare la rottura di componenti come ganci o funi anche se sottoposti a forze inferiori a quelle di snervamento?
Quali elementi meccanici sono frequentemente soggetti a fatica?
Quali elementi meccanici sono frequentemente soggetti a fatica?
Cosa successe al Boeing B737-200 della Aloha Airlines nel 1988?
Cosa successe al Boeing B737-200 della Aloha Airlines nel 1988?
Quali sono i principali meccanismi di cedimento nei componenti meccanici?
Quali sono i principali meccanismi di cedimento nei componenti meccanici?
Cosa si osserva in termini di carico per il danneggiamento per fatica?
Cosa si osserva in termini di carico per il danneggiamento per fatica?
Che fenomeno subisce una superficie di frattura per fatica?
Che fenomeno subisce una superficie di frattura per fatica?
In che modo le microsporgenze superficiali sono correlate alla fatica?
In che modo le microsporgenze superficiali sono correlate alla fatica?
Cosa accade a materiali che sono progettati solo per condizioni statiche?
Cosa accade a materiali che sono progettati solo per condizioni statiche?
Quali sono le implicazioni di un dimensionamento non adeguato per i componenti sottoposti a fatica?
Quali sono le implicazioni di un dimensionamento non adeguato per i componenti sottoposti a fatica?
Dove si verifica l'innesco di una cricca per fatica?
Dove si verifica l'innesco di una cricca per fatica?
Qual è la direzione iniziale di propagazione di una cricca rispetto alla sollecitazione?
Qual è la direzione iniziale di propagazione di una cricca rispetto alla sollecitazione?
Cosa indica la presenza di micro-striature su una superficie di frattura?
Cosa indica la presenza di micro-striature su una superficie di frattura?
Qual è la caratteristica del cedimento finale in una rottura per fatica?
Qual è la caratteristica del cedimento finale in una rottura per fatica?
Quale strategia può essere adottata per migliorare il comportamento a fatica di un materiale?
Quale strategia può essere adottata per migliorare il comportamento a fatica di un materiale?
Che ruolo hanno le micro-striature nella zona di propagazione a fatica?
Che ruolo hanno le micro-striature nella zona di propagazione a fatica?
Qual è il tempo di cedimento finale rispetto al tempo di innesco e propagazione di una rottura per fatica?
Qual è il tempo di cedimento finale rispetto al tempo di innesco e propagazione di una rottura per fatica?
Quali controlli possono essere effettuati per monitorare il danneggiamento a fatica durante l'esercizio?
Quali controlli possono essere effettuati per monitorare il danneggiamento a fatica durante l'esercizio?
Cosa indicano le linee di spiaggia sulla superficie di frattura per fatica?
Cosa indicano le linee di spiaggia sulla superficie di frattura per fatica?
Qual è la formula per calcolare lo sforzo medio in un ciclo di carico?
Qual è la formula per calcolare lo sforzo medio in un ciclo di carico?
Cosa rappresenta il rapporto di carico R in un ciclo di fatica?
Cosa rappresenta il rapporto di carico R in un ciclo di fatica?
In che modo le sollecitazioni reali differiscono da un andamento sinusoidale nel tempo?
In che modo le sollecitazioni reali differiscono da un andamento sinusoidale nel tempo?
Qual è il principale scopo delle prove di laboratorio sui materiali soggetti a fatica?
Qual è il principale scopo delle prove di laboratorio sui materiali soggetti a fatica?
Che tipo di condizioni di carico è rappresentata nell'esempio di un'ala di aereo?
Che tipo di condizioni di carico è rappresentata nell'esempio di un'ala di aereo?
Quali fattori possono influenzare l'andamento delle sollecitazioni su componenti reali?
Quali fattori possono influenzare l'andamento delle sollecitazioni su componenti reali?
Cosa sono le microstriature e quando si osservano?
Cosa sono le microstriature e quando si osservano?
Qual è l'importanza della rugosità delle provette nelle prove di fatica?
Qual è l'importanza della rugosità delle provette nelle prove di fatica?
Come varia il limite di fatica per componenti destinati ad uso diverso, come auto da corsa e auto di serie?
Come varia il limite di fatica per componenti destinati ad uso diverso, come auto da corsa e auto di serie?
In che modo il numero di cicli influisce sulla vita a fatica di un materiale?
In che modo il numero di cicli influisce sulla vita a fatica di un materiale?
Qual è un esempio di sforzo semplice che si può riscontrare in prove di fatica?
Qual è un esempio di sforzo semplice che si può riscontrare in prove di fatica?
Cosa rappresenta il momento flettente nelle prove di fatica flessionale?
Cosa rappresenta il momento flettente nelle prove di fatica flessionale?
Qual è la relazione tra sollecitazione e numero di cicli in una curva di Wöhler?
Qual è la relazione tra sollecitazione e numero di cicli in una curva di Wöhler?
Perché è necessario un numero maggiore di provette per determinare il limite di fatica rispetto al carico di rottura a trazione?
Perché è necessario un numero maggiore di provette per determinare il limite di fatica rispetto al carico di rottura a trazione?
Quale ruolo svolge l'affaticamento pulsante in relazione alla fatica a flessione rotante?
Quale ruolo svolge l'affaticamento pulsante in relazione alla fatica a flessione rotante?
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Study Notes
Sollecitazione
-
La sollecitazione può essere applicata con un ciclo (periodo) definito.
-
Il limite di fatica è lo sforzo alternato (in MPa) che un materiale può sopportare senza fratturarsi per un numero prefissato di cicli.
-
La soglia di vita infinita varia a seconda del materiale e delle condizioni d'esercizio.
Prove di fatica: macchine di prova e provette
-
Le provette di fatica hanno geometrie specifiche definite dalle normative.
-
I campioni devono rispettare rigorosi limiti di rugosità.
-
Le prove di fatica richiedono un numero di provette superiore rispetto a quelle necessarie per determinare il carico di rottura a trazione.
Condizioni di carico
-
Fatica a flessione rotante: Ad esempio, assi ferroviari.
-
Fatica assiale pulsante: Ad esempio, vita a fatica = numero di cicli per il quale si ha il cedimento.
-
Resistenza a fatica: È l'ampiezza dello sforzo (σa) per il quale si verifica la rottura dopo 'N' cicli di carico.
-
Limite di fatica: È lo sforzo (σa) per il quale non si ha rottura per un numero di cicli molto elevato e prefissato all'inizio delle prove.
Curva di Wöhler
- La curva di Wöhler rappresenta la relazione tra l'ampiezza dello sforzo e il numero di cicli a rottura.
Interventi per migliorare la vita a fatica e ridurre le rotture
- Ottimizzare il disegno del pezzo.
- Ottimizzare la scelta del materiale.
- Indurire la superficie.
- Migliorare la finitura superficiale.
- Indurre tensioni residue superficiali di compressione.
- Proteggere la superficie contro la corrosione.
- Controllare i semilavorati e i pezzi finiti.
- Controllare in esercizio.
Effetti di inclusioni non metalliche
- Le inclusioni non metalliche possono essere punti di inizio della rottura di fatica.
- Maggiore è la "pulizia" di una lega metallica, maggiore sarà il suo limite di fatica.
Effetto della modalità di carico e di discontinuità (intagli) sulla posizione di innesco della rottura per fatica
- Per una caratterizzazione a fatica bisogna utilizzare condizioni di carico il più possibile prossime a quelle di esercizio.
Costruzione della curva a - log N o curva di Wöhler
- Ad ogni livello di sforzo alternato corrispondono diversi valori di numero di cicli a rottura.
- Esiste un livello di sforzo sotto il quale, per il numero di cicli considerato, il provino non si rompe (vita infinita).
Cosa si ottiene dalla prova di fatica?
- Si ottiene un diagramma di resistenza a fatica.
- Si determinano il limite di fatica e il comportamento a fatica del materiale.
- Si stabiliscono le condizioni ottimali di carico e di sollecitazione.
Fatica: Introduzione
- La fatica è una delle principali cause di rottura dei componenti meccanici, insieme a corrosione e usura.
- Circa il 50% delle rotture è causato dalla fatica.
- La fatica si verifica quando un pezzo è sottoposto a sforzi variabili e ripetuti nel tempo, anche se il valore massimo dello sforzo è inferiore al limite di snervamento statico.
Esempi di Rottura per Fatica
- I ganci o le funi possono rompersi per fatica se sono sollecitati a lungo con carichi variabili, anche se la forza applicata è inferiore allo snervamento.
Prove di Resistenza
- Per il dimensionamento statico (sovraccarico) è necessario conoscere le proprietà del materiale tramite la prova di trazione.
- Per valutare la resistenza alla fragilità e il passaggio da comportamento duttile a fragile, si utilizzano prove dinamiche come la prova di resilienza.
- In presenza di carichi variabili e ripetuti nel tempo, si ricorre al dimensionamento a fatica.
Carichi Ciclici e Componenti Meccanici
- Gli elementi meccanici sono spesso soggetti a sollecitazioni cicliche: molle, funi, steli di bielle, alberi, ingranaggi, carlinghe/ali aerei.
- Nel 1988, il Boeing B737-200 della Aloha Airlines ha subito un cedimento per fatica-corrosione, perdendo parte della fusoliera.
Stadi della Rottura per Fatica
- La rottura per fatica è caratterizzata da tre stadi: innesco, propagazione e cedimento finale.
- La cricca si propaga progressivamente, causando il cedimento del pezzo.
Innesco della Cricca
- La fase di innesco è caratterizzata dalla formazione di bande di scorrimento, microintagli superficiali (microintrusioni) e microsporgenze superficiali (estrusioni).
- L'innesco avviene nel punto maggiormente sollecitato o dove sono presenti difetti (inclusioni, porosità da ritiro).
- La fase di innesco occupa una porzione significativa della vita a fatica del materiale.
Propagazione della Cricca
- La crescita della cricca avviene in genere in modo transgranulare, con una direzione di propagazione che cambia da 45° rispetto alla sollecitazione (stadio I) a ortogonale (stadio II).
- La presenza di micro-striature di fatica sulla superficie di frattura è un segno distintivo della rottura per fatica.
Cedimento Finale
- La fase finale è caratterizzata dal raggiungimento di una sezione resistente non più in grado di sostenere le sollecitazioni.
- Si ha cedimento di schianto di tipo duttile o fragile, a seconda del materiale/microstruttura e delle condizioni di lavoro.
- Le microstriature e le linee di spiaggia (riconducibili a funzionamenti discontinui o variazioni repentine della sollecitazione) sono osservabili sulla superficie di frattura.
Miglioramento del Comportamento a Fatica
- Per migliorare il comportamento a fatica di un componente, è necessario comprendere i meccanismi di innesco e propagazione della cricca e adottare misure per ritardare l'innesco o ridurre la velocità di propagazione.
- Il tempo di cedimento finale è trascurabile rispetto al tempo di innesco e di propagazione.
- I controlli non distruttivi durante l'esercizio sono importanti per prevenire la rottura per fatica (es. controllo della presenza di difetti in superficie).
Simbologia del Carico e Prove di Fatica
- Il ciclo di carico in una prova di fatica può essere caratterizzato da diversi parametri: sforzo medio, intervallo, ampiezza e rapporto di carico.
- Le prove di laboratorio riproducono le sollecitazioni reali (es. prove di flessione rotante, fatica pulsante, fatica assiale pulsante).
- L'obiettivo è determinare il limite a fatica del materiale, ovvero il valore di sforzo alternato che il materiale può sopportare senza rompersi per un numero prefissato di cicli.
- Le provette di fatica hanno una geometria definita da normative specifiche, con limiti di rugosità.
Prove di Fatica: Macchine e Provette
- Esistono diverse tipologie di macchine per le prove di fatica: flessione rotante, fatica pulsante (trazione-compressione).
- Le provette di fatica possono avere diverse geometrie, ma devono rispettare le normative in termini di rugosità.
Prove di Fatica Flessionale
- Le prove di fatica flessionale vengono utilizzate per determinare la resistenza a fatica di un materiale sottoposto a flessione ciclica.
- Per definire il limite a fatica di un materiale, sono necessari più campioni rispetto a quelli necessari per definire il carico di rottura a trazione.
- Le prove di fatica sono quindi più lunghe e costose.
Condizioni di Carico in Prove di Fatica
- Le prove di fatica possono essere condotte con diversi tipi di carichi: flessione rotante, fatica assiale pulsante, trazione-compressione.
- Il tipo di carico scelto dipende dall'applicazione e dalle condizioni di esercizio reali.
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