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Lezioni del corso di
Elementi di Meccanica Strutturale
Università del Salento
Corso di Laurea in Ingegneria Industriale
prof. ing. Riccardo Nobile
1
Lezione 14 – La prova di trazionea.a. 2021/2022
2
Caratteristiche generali
La prova di trazione è la più semplice e veloce prova per la caratterizzazione di un
materiale.
La prova consiste nell’applicare uno spostamento a velocità costante all’estremità di
un provino, avendo cura di misurare l’allungamento del provino e la forza di
trazione applicata.
La prova di trazione termina con la rottura, ovvero la separazione fisica delle due
estremità del provino.
La rottura avviene in condizioni quasi statiche, in quanto il carico viene applicato
lentamente.
La prova permette di determinare anche la legge costitutiva del materiale.
Prova di trazioneR
. N
ob
ile
–E
lem
enti
di M
ecca
nic
a Str
utt
ura
le
La
pro
va d
i tr
azio
ne
Un
ivers
ità d
el
Sale
nto
3
Norme di riferimento
Norma UNI EN 10002-1 (2004): Materiali metallici - Prova di trazione - Parte 1:
Metodo di prova a temperatura ambiente
Norma ASTM E8-04: Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic
Materials
Prova di trazioneR
. N
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–E
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enti
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nic
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le
La
pro
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ne
Un
ivers
ità d
el
Sale
nto
4
Geometria del provino – provino piatto
10±0
,2
165
60
20
50
4040
t
R30
Dimensioni tratto utile
❖ L0 > 5.65√A0 (UNI 10002)
❖ L0 > 5W (ASTM E8)
Prova di trazioneR
. N
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La
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Un
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Sale
nto
5
Geometria del provino – provino circolare
Dimensioni tratto utile
❖ L0 > 5.65√A0 (UNI 10002)
❖ L0 > 5D (ASTM E8)
Prova di trazioneR
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lem
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La
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Sale
nto
6
Macchina universale di trazione- elettromeccanica
Prova di trazioneR
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La
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Sale
nto
7
Macchina universale di trazione - servoidraulica
Prova di trazioneR
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La
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Sale
nto
8
Attrezzature di prova – Estensometro
Prova di trazioneR
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La
pro
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el
Sale
nto
9
Modalità di prova: ASTM E8
Il carico viene applicato imponendo una velocità di traslazione costante della
traversa
La velocità deve essere tale che:
La velocità viene quindi calcolata sulla base del materiale e della lunghezza del tratto
utile
Prova di trazioneR
. N
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La
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Un
ivers
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el
Sale
nto
ሶ𝜀 ≤ 0.5𝑚𝑚
𝑚𝑚 ∙ 𝑚𝑖𝑛
ሶ𝜎 ≤ 11.5𝑁
𝑚𝑚2 ∙ 𝑠
10
Tensione di snervamento
Il tratto elastico termina con una discontinuità che rappresenta il carico di
snervamento
La pendenza del tratto elastico coincide con il modulo di Young di elasticità
longitudinale del materiale
Prova di trazioneR
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La
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Un
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el
Sale
nto
Quando lo snervamento non è
pronunciato, la tensione di
snervamento viene definita
convenzionalmente
❖ Considerando una deformazione
residua prefissata, ad esempio dello
0.2% (punto 1)
❖ Considerando l’intersezione tra il
tratto lineare e la tangente al tratto
con incrudimento (punto 2)
❖ Considerando una riduzione
prefissata della pendenza della
curva (punto 3)
Tensione di snervamento
Prova di trazioneR
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Sale
nto
12
Tensione di snervamento
Il metodo comunemente più utilizzato per definire lo snervamento è quello
corrispondente al raggiungimento di una deformazione permanente dello 0.2%
Prova di trazioneR
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Un
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ità d
el
Sale
nto
A: limite convenzionale di
snervamento
B, C: limite superiore e inferiore di
snervamento
Tratto B-D: deformazione
permanente di rilevante entità
accompagnata da piccole
oscillazioni di tensione attorno a σy
Comportamento in fase plastica
Prova di trazioneR
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el
Sale
nto
D: inizio della fase di incrudimento
(hardening)
Se il carico viene rimosso in E, il
comportamento del materiale
risulta modificato
Comportamento in fase plastica
Prova di trazioneR
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nto
15
La curva mostra un tratto plastico molto limitato, in alcuni casi assente del tutto
Prova di trazione
Comportamento fragileR
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nto
16
Influenza del contenuto di carbonio negli acciai
Il maggiore contenuto di carbonio o
la presenza di elementi di lega
aumenta le caratteristiche meccaniche
dell’acciaio ma ne riduce le capacità di
plasticizzazione
Prova di trazioneR
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nto
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IncrudimentoDopo aver superato il carico di snervamento, il materiale si incrudisce ossia è
necessario applicare un carico sempre crescente per far avanzare la deformazione
permanente
Se la prova viene interrotta dopo il superamento del carico di snervamento e
successivamente ripresa, il materiale avrà subito un incremento del limite di
snervamento
Prova di trazioneR
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nto
18
Strizione
La strizione è una diminuzione localizzata
della sezione resistente, corrispondente al
valore massimo raggiunto dalla forza
durante la prova
Il carico poi decresce fino alla frattura
finale per effetto della riduzione di
sezione
Prova di trazioneR
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nto
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Meccanismo di rottura
Prova di trazioneR
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nto
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Aspetto della superficie di frattura
a coppa e
conoa scorrimento a lama di
coltello
a doppio
cono
Prova di trazioneR
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nto
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Dati ottenibili da una prova di trazione
Modulo elastico:
Tensione di snervamento:
Tensione di rottura:
Allungamento a rottura:
Coefficiente di strizione:
Prova di trazioneR
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nto
𝐸 =𝜎
𝜀
𝑁
𝑚𝑚2
𝜎𝑦 =𝐹𝑦
𝐴0
𝑁
𝑚𝑚2
𝜎𝑅 =𝐹𝑚𝑎𝑥
𝐴0
𝑁
𝑚𝑚2
𝐴% =𝐿𝑓𝑖𝑛 − 𝐿0
𝐿0100
𝑍% =𝐴0 − 𝐴𝑓𝑖𝑛
𝐴0100
22
Osservazioni generali
I dati ottenuti dalla prova di trazione permettono di stabilire dei limiti di utilizzo dei
materiali per evitare rotture impreviste.
La tensione limite che viene utilizzata è la tensione di snervamento. Nella stragrande
maggioranza dei casi, la plasticizzazione di un componente non è ammessa per
almeno due ragioni:
❖ la plasticizzazione comporta una deformazione permanente e quindi
un’alterazione permanente (non reversibile) della geometria del corpo
❖ nel campo plastico a piccoli incrementi di carico corrispondono grossi
incrementi di deformazione.
Resistenza a sforzo normale dei materialiR
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ivers
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nto
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Coefficiente di sicurezza
Da un punto di vista pratico, la massima tensione statica agente in un corpo viene
limitata alla massima tensione di pericolo (lo snervamento per i materiali duttili)
opportunamente ridotta di un coefficiente di sicurezza.
Si definisce quindi la cosiddetta tensione ammissibile
Il coefficiente di sicurezza dipende dai seguenti fattori:
- incertezza sui carichi
- incertezza sul comportamento dei materiali
- incertezza sui modelli di calcolo dello stato tensionale
- importanza dell’elemento costruttivo
Resistenza a sforzo normale dei materialiR
. N
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di M
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va d
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ivers
ità d
el
Sale
nto
𝜎𝑎𝑚𝑚 =𝜎𝑦
𝑠
24
Verifica di resistenza a sforzo monoassiale
Poiché in generale i materiali, possono avere un diverso comportamento a trazione
e a compressione nei riguardi della resistenza, si potrà definire una tensione
ammissibile a trazione e una compressione.
Per verificare quindi la resistenza a sforzo normale di un componente, occorrerà
verificare che:
Tale verifica è valida solo nel caso di uno stato sforzo monoassiale, perché
conosciamo lo stato tensionale che determina la rottura durante una prova di
trazione
Resistenza a sforzo normale dei materialiR
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Sale
nto
−𝜎𝑎𝑚𝑚,𝑐 ≤ 𝜎 ≤ 𝜎𝑎𝑚𝑚,𝑡
