Prove di fatica
I carichi ciclici su un materiale, su un componente, su un assemblato possono portare a rottura anche quando le tensioni che si generano sono inferiori alla tensione di rottura ma anche quando sono inferiori alla tensione di snervamento
Le prove di fatica sono prove distruttive fondamentali per valutare la capacità di un materiale o di un componente di resistere a sollecitazioni dinamiche ripetute nel tempo. Questi test consentono di studiare il comportamento dei materiali sottoposti a cicli di carico oscillanti, simulando condizioni operative reali. Le prove di fatica sono essenziali per garantire affidabilità, sicurezza e durata dei componenti meccanici sottoposti a carichi ripetuti.
Prove di fatica ad ampiezza costante
Le prove di fatica ad ampiezza costante sono prove sperimentali in cui un provino viene sottoposto a un carico ciclico con ampiezza costante nel tempo, mentre il valore medio del carico può essere nullo o diverso da zero.
Caratteristiche principali
Ampiezza del carico costante
La differenza tra carico massimo e minimo rimane invariata per tutta la prova.Carico ciclico
Può essere di trazione–compressione, flessione o torsione.Frequenza costante
Il numero di cicli al secondo è generalmente mantenuto costante.Condizioni controllate
Temperatura e ambiente sono spesso mantenuti stabili.
Prove di fatica a blocchi
Le prove di fatica a blocchi di ampiezza costante sono prove in cui il provino è sottoposto a una sequenza di blocchi di carico ciclico, ciascuno con ampiezza costante, ma diversa da blocco a blocco.
Caratteristiche principali
Il carico è suddiviso in blocchi successivi.
In ogni blocco:
l’ampiezza della tensione è costante,
il numero di cicli è prefissato.
Tra un blocco e l’altro cambia l’ampiezza del carico.
L’ordine dei blocchi può essere:
crescente (dal carico minore al maggiore),
decrescente,
misto.
Obiettivi delle prove
Studiare l’effetto della sequenza di carico sulla vita a fatica.
Valutare il danno cumulativo nel materiale.
Verificare modelli di previsione della vita a fatica (es. regola di Miner).
Svolgimento della prova
Si definiscono i livelli di ampiezza delle tensioni.
A ciascun livello corrisponde un blocco con un certo numero di cicli.
I blocchi vengono applicati in sequenza fino alla rottura del provino.
Risultati e interpretazione
La rottura può avvenire prima o dopo rispetto a quanto previsto dalle prove a singola ampiezza.
L’ordine dei blocchi influenza fortemente il risultato:
carichi elevati all’inizio → danno maggiore,
carichi bassi iniziali → possibile ritardo della rottura.
Importanza pratica
Rappresentano meglio i carichi reali di esercizio rispetto alle prove a singola ampiezza.
Sono molto usate in:
ingegneria aeronautica,
automobilistica,
progettazione strutturale.
In sintesi
Le prove di fatica a blocchi di ampiezza costante permettono di analizzare il comportamento a fatica sotto carichi variabili, mantenendo però la semplicità di blocchi a ampiezza costante.
Prove di fatica ad ampiezza variabile
Le prove di fatica ad ampiezza variabile sono prove sperimentali in cui il materiale o il componente è sottoposto a carichi ciclici non costanti, cioè con ampiezza e spesso anche valore medio che cambiano nel tempo, simulando condizioni di esercizio reali.
Caratteristiche principali
Ampiezza del carico variabile da ciclo a ciclo.
Presenza di picchi di carico e cicli di diversa intensità.
Segnali di carico:
casuali (random),
derivati da misure reali,
o da spettri di carico standardizzati.
Frequenza generalmente variabile.
Obiettivi delle prove
Valutare il comportamento a fatica in condizioni reali di servizio.
Studiare il danno cumulativo.
Verificare modelli di previsione della vita a fatica.
Analizzare l’effetto di sovraccarichi e sequenze di carico.
Svolgimento della prova
Si definisce una storia di carico (load history).
Il segnale di carico viene applicato al provino o al componente.
La prova continua fino alla rottura o a un numero prefissato di cicli.
Analisi dei risultati
I cicli di carico vengono scomposti con metodi come il conteggio rainflow.
I risultati sono confrontati con dati a ampiezza costante.
Spesso si usa la regola di Miner (con eventuali correzioni) per stimare il danno.
Importanza ingegneristica
Forniscono risultati più realistici rispetto alle prove a ampiezza costante.
Sono essenziali per la progettazione di:
veicoli,
strutture aeronautiche,
macchine soggette a carichi irregolari.
Permettono di individuare condizioni critiche non evidenziabili con prove semplici.
Limiti
Maggiore complessità sperimentale e di analisi.
Risultati più difficili da interpretare e generalizzare.
In sintesi
Le prove di fatica ad ampiezza variabile sono indispensabili per comprendere il comportamento reale a fatica dei materiali e per una progettazione affidabile in condizioni operative complesse.