Resilienza (ingegneria)

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In ingegneria, la resilienza è la capacità di un materiale di resistere a sollecitazioni impulsive[1], infatti diversi materiali che resistono bene a carichi statici[2] (materiali tenaci) possono offrire scarsa resistenza a carichi improvvisi (causati ad esempio da urti).

La resilienza è l'energia necessaria a portare a rottura un provino mediante l'impiego del pendolo di Charpy.

La resilienza dipende oltre che dalla natura del materiale, dalla temperatura, dalla rapidità di applicazione del carico,[3] dalla presenza e dalla forma di intagli.[4]

Un materiale con bassa resilienza presenta un comportamento fragile.

Resilienza e diagramma sforzo-deformazione[modifica | modifica sorgente]

L'area sottesa alla curva sforzo-deformazione rappresenta il modulo di resilienza del materiale.


L'area sottesa al tratto di curva sforzo-deformazione, ottenuta da una prova di trazione del materiale, è l'energia per unità di volume U (espressa in J/m3) richiesta per deformare a trazione un campione di materiale fino a un valore di deformazione ε:

{U} = \int_{0}^{\varepsilon_y} \sigma\, d\varepsilon

Poiché fino alla tensione di snervamento σy l'andamento è elastico-lineare, la relazione diventa:

U = \frac{\sigma_y^2}{2E}=\frac{1}{2} \sigma_y \varepsilon_y

questo valore indica la resilienza.

Dalla suddetta relazione risulta che un materiale è più resiliente al crescere della tensione di snervamento e al decrescere del modulo di Young E.

Tipologie di rottura[modifica | modifica sorgente]

Il reciproco dell'indice di resilienza è l'indice di fragilità.

I materiali che presentano bassa resilienza sono detti "fragili".

Le rotture duttili sono rotture che avvengono per deformazione del materiale. Nei metalli le superfici in corrispondenza di tali rotture hanno aspetto fibroso e lucentezza setacea.

Le rotture fragili sono rotture che avvengono per decoesione del materiale senza essere precedute da deformazioni. Nei metalli le superfici in corrispondenza di tali rotture hanno aspetto granulare e lucentezza cristallina.

Resilienza e temperatura[modifica | modifica sorgente]

Resilienza di diversi materiali al variare della temperatura Legenda:
E: Joule
T: Temperatura (°C)
N: Nikel e leghe FCC
A.Dur.: Acciaio duro
A.dol.: Acciaio dolce
A.Exdol: Acciaio extradolce

La resilienza è importante nello studio dei materiali a bassa temperatura.

In genere un materiale diventa più fragile al diminuire della temperatura, cioè l'energia necessaria a romperlo diminuisce con la temperatura.

In particolare esiste un intervallo di temperatura, detto zona di transizione, in cui si ha un abbassamento improvviso della resilienza di un materiale.

La resilienza è usata anche per stabilire l'intervallo di temperature in cui avviene il passaggio da comportamento duttile a comportamento fragile (transizione duttile-fragile) e pertanto il valore minimo della temperatura (temperatura di transizione) per la quale il materiale può essere utilizzato restando duttile.

La temperatura di transizione oltre la quale la frattura da fragile diventa duttile non è una caratteristica intrinseca del materiale.

Per convenzione si definisce temperatura di transizione duttile-fragile quel valore di temperatura in corrispondenza della quale la superficie di frattura si presenta per il 50% fragile.

I metalli con reticolo cubico a corpo centrato diventano fragili alle basse temperature, mentre quelli con reticolo cubico a facce centrate rimangono duttili anche alle basse temperature.

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ Una forza è considerata "impulsiva" quando la forza è applicata in un brevissimo tempo, quasi istantaneamente.
  2. ^ Una forza è considerata "statica" quando è applicata gradualmente in maniera crescente, da zero fino al suo valore massimo, per un tempo variabile.
  3. ^ Ad esempio un materiale che si rompe in maniera duttile durante una prova di trazione si può rompere in maniera fragile durante una prova d'impatto.
  4. ^ Durante la prova d'impatto la presenza di intagli determina l'insorgere di un sistema di tensione triassiale.

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]