Relazione Prove di Laboratorio Meccanica Sperimentale

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Published on January 12, 2018

Author: PieroEro

Source: slideshare.net

1. UNIVERSITÀ DEL SALENTO Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica PROGETTAZIONE ASSISTITA E MECCANICA SPERIMENTALE RELAZIONI TECNICHE DI LABORATORIO GRUPPO 3 Docente: Chiar.mo Prof. Ing. Riccardo Nobile Studente: Antonio DELLE DONNE Federico GRECO Piero NACCI Fabrizio VENA ANNO ACCADEMICO 2016-2017

2. Il presente lavoro è stato realizzato a termine del corso di Progettazione Assistita e Meccanica Sperimentale tenuto dal Prof. Ing. Riccardo Nobile, nell’anno accademico 2016-2017. Ci è stato richiesto di stilare delle relazioni tecniche riferite alle prove realizzate durante il corso. Le prove in questione sono state quattro, di cui tre utilizzando le tecniche estensimetriche ed una invece tramite la termografia per la valutazione di difetti superficiali. A tal proposito si è scelto di dividere il presente lavoro in 3 capitoli: - Capitolo 1: analisi delle sollecitazioni e deformazioni di un sistema trave; - Capitolo 2: analisi tensione residue in uno stato tensionale piano; - Capitolo 3: valutazione difetti tramite tecniche termografiche.

3. Capitolo 1 Sommario 1. Introduzione................................................................................................................................... 1 2. Teoria estensimetria....................................................................................................................... 2 2.1 Estensimetro elettrico a resistenza............................................................................................. 2 2.2 Circuiti per le misure estensimetriche ....................................................................................... 5 2.3 Preparazione provino................................................................................................................. 7 3. Prova di flessione........................................................................................................................... 9 3.1 Caratteristiche generali............................................................................................................ 10 3.2 Cenni di teoria della trave........................................................................................................ 12 3.3 Elaborazione dati..................................................................................................................... 14 3.4 Analisi FEM ............................................................................................................................ 18 3.5 Conclusioni.............................................................................................................................. 23 4. Prova di trazione.......................................................................................................................... 24 4.1 Caratteristiche generali............................................................................................................ 24 4.2 Cenni di teoria della trave........................................................................................................ 26 4.3 Elaborazione dati..................................................................................................................... 28 4.3.1 Range valutato da 1.5 kN a 9.5 kN con correzione della St ............................................ 29 4.3.2 Range valutato da 1.5 kN a 9.5 kN senza correzione della St ......................................... 30 4.3.3 Range valutato da 2 kN a 9 kN con correzione della St .................................................. 31 4.3.4 Range valutato da 3 kN a 8 kN con correzione della St .................................................. 32 4.3.5 Range valutato da 4 kN a 7 kN con correzione della St .................................................. 33 4.3.6 Range valutato da 5 kN a 6 kN con correzione della St .................................................. 34 4.3.7 Fase di scarico ................................................................................................................. 35 4.4 Analisi FEM ............................................................................................................................ 36 4.5 Conclusioni.............................................................................................................................. 40

4. 1 Capitolo 1 1. Introduzione Obiettivo della seguente relazione tecnica è descrivere in maniera esaustiva le due esperienze di laboratorio riguardanti il metodo sperimentale dell'estensimetria mediante utilizzo di estensimetri elettrici a resistenza, riportandone i risultati ottenuti. Le misure puntuali effettuate con tale tipologia di indagine sono le più diffuse nell'ambito industriale e della ricerca perché permettono di determinare lo stato tensionale e deformativo dei componenti e delle strutture. In questa maniera tale tecnica di analisi sperimentale delle deformazioni/tensioni assume il ruolo di potente ed efficace strumento di indagine e monitoraggio nei diversi stadi di vita di un prodotto: progettazione, validazione del prototipo prima della produzione, prove di sicurezza e sovraccarico, prove per l'analisi di rotture in servizio. Nello specifico le prove di laboratorio consistevano nell'applicazione di estensimetri elettrici a resistenza sulle superfici di determinati provini e sul rilevamento in tempo reale delle deformazioni provocate dall'applicazione di carichi specifici (due estensimetri, uno orientato secondo la direzione longitudinale e l'altro secondo la direzione trasversale del provino sottoposto a trazione nella prima prova, un solo estensimetro orientato secondo la direzione longitudinale del provino sottoposto a flessione nella seconda prova). Successivamente, sono state confrontate le misure sperimentali con i dati analitici, ricavati attraverso l'uso delle relazioni note dalla Scienza delle Costruzioni. In particolare, quindi, sono state analizzate due diverse tipologie di test: - Il primo realizzato andando ad applicare su di un componente in Waspaloy un carico di trazione con una macchina a fatica con lo scopo di andare a valutare il modulo di Young (E) e il modulo di Poisson (ν), si è proceduto successivamente anche al confronto tra i valori numerici e quelli sperimentali; - Il secondo realizzato andando ad applicare su di un componente in alluminio un carico di flessione tramite un micrometro flessionale con lo scopo di andare a valutare la deformazione longitudinale e confrontando i valori sperimentali con quelli analitici (e FEM). Per facilità di comprensione si è preferito dividere il presente lavoro in tre parti nelle quali, la prima parte presenta un carattere generale introducendo la tecnica dell’estensimetria (estensimetro e circuiti per misure), la seconda si riferisce in particolare alla prova di trazione e l’ultima alla prova di flessione. Nelle ultime due sezioni si valuteranno dei concetti di Scienza delle Costruzioni, propedeutici al commento degli elaborati ottenuti.

5. 2 Capitolo 1 2. Teoria estensimetria L’estensimetria è una tecnica di analisi sperimentale, non distruttiva che permette di rilevare le tensioni/deformazioni in un pezzo meccanico. Tale rilevazione viene effettuata attraverso l’estensimetro, un dispositivo che ha la funzione di misurare la deformazione di un componente sottoposto a carichi meccanici o termici al fine di poter ricavare lo stato tensionale. Tali dispositivi misurano la deformazione di un componente sottoposto a sollecitazioni meccaniche o termiche e sono in grado di rilevare la variazione di distanza ΔL tra due punti di uno stesso corpo, posti alla distanza iniziale L0. I loro campi di applicazione vanno quindi dall'analisi sperimentale di tensioni e deformazioni alla realizzazione di trasduttori per la misura di grandezze quali forza (celle di carico), coppia, peso, pressione. Sono disponibili in commercio varie tipologie di estensimetri che si differenziano in base al principio di funzionamento. Ad esempio abbiamo gli estensimetri induttivi, capacitivi e resistivi. Nella seguente relazione si prenderanno in considerazione gli estensimetri elettrici a resistenza, utilizzati nelle prove di laboratorio e con i quali il risultato della misura è di tipo puntuale ed espresso in termini di deformazione. 2.1Estensimetro elettrico a resistenza La deformazione di un corpo, in generale, oltre a produrre una variazione di forma e di volume, dà luogo a delle variazioni delle proprietà fisiche del materiale; il principio fisico sfruttato nel funzionamento degli estensimetri è, quindi, la variazione di resistenza elettrica, ΔR, originata in un conduttore sottoposto a deformazione. L'estensimetro consiste in una griglia di misura, costituita da una sottile lamina di lega fotoincisa, che consente di avere uno spessore del conduttore di 3–5 μm , annegata in un sottilissimo strato di materiale polimerico che funge da supporto, il quale provvede all'isolamento elettrico della griglia dalla struttura, alla stabilità dimensionale del sensore durante le operazioni di installazione, alla trasmissione della deformazione della struttura sottostante alla griglia e al sostegno dei sottilissimi filamenti. Alle due estremità della griglia sono posti due reofori, ossia i connettori per il collegamento del sensore al circuito di misura (Fig. 1). Figura 1: Estensimetro

6. 3 Capitolo 1 L’estensimetro viene incollato, mediante un preciso procedimento, sulla superficie del pezzo del quale si vogliono calcolare le deformazioni durante una sollecitazione. Queste deformazioni vengono trasmesse alla griglia causando una variazione proporzionale di resistenza elettrica. Tale variazione verrà quindi letta da appositi strumenti con una risoluzione dell’ordine dei µm/m. La legge che regola la variazione di resistenza elettrica è data da:

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