{"id":23701,"date":"2025-01-23T13:50:28","date_gmt":"2025-01-23T12:50:28","guid":{"rendered":"https:\/\/test.cfdfeaservice.it\/index.php\/2025\/01\/23\/criteri-per-la-progettazione-a-fatica-dei-componenti\/"},"modified":"2025-01-23T13:50:28","modified_gmt":"2025-01-23T12:50:28","slug":"criteri-per-la-progettazione-a-fatica-dei-componenti","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/test.cfdfeaservice.it\/index.php\/2025\/01\/23\/criteri-per-la-progettazione-a-fatica-dei-componenti\/","title":{"rendered":"Criteri per la progettazione a fatica dei componenti"},"content":{"rendered":"
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Molti cedimenti statici di componenti forniscono un preavviso visibile. Al contrario, un cedimento per fatica non fornisce alcun preavviso evidente: \u00e8 repentino, catastrofico e pertanto molto pericoloso. Progettare al fine di prevenire cedimenti statici \u00e8 relativamente semplice, mentre la fatica \u00e8 un fenomeno molto pi\u00f9 complesso e solo parzialmente compreso, oltre ad essere dominato da fenomeni di tipo statistico e quindi necessariamente da supportare con campagne sperimentali<\/strong>.<\/p>\n

di Giorgio De Pasquale ed Elena Perotti<\/em><\/p>\n

Introduzione<\/h2>\n

Nella maggior parte delle prove riguardanti le propriet\u00e0 dei materiali<\/a> legate al diagramma tensione-deformazione, il carico viene applicato in modo statico <\/strong>e graduale<\/strong>, per consentire al provino di deformarsi in condizioni stazionarie. Inoltre, il campione viene portato a rottura, quindi le sollecitazioni sono applicate una sola volta. Questo tipo di test \u00e8 applicabile in condizioni statiche, che approssimano in modo accurato le condizioni reali a cui molti componenti strutturali e meccanici sono sottoposti.<\/p>\n

Tuttavia, spesso si presentano situazioni in cui le sollecitazioni variano nel tempo o fluttuano tra diversi livelli. Ad esempio, una fibra situata sulla superficie di un albero rotante soggetto a carichi di flessione subisce ciclicamente tensione e compressione a ogni rotazione dell\u2019albero. Se, inoltre, l\u2019albero \u00e8 caricato anche assialmente (come nel caso di un ingranaggio elicoidale), una componente assiale di sforzo si somma a quella di flessione. In questo caso, una tensione \u00e8 sempre presente in ogni fibra, ma il livello di tensione risulta ora variabile. Questi e altri tipi di sollecitazioni che si verificano nei componenti meccanici producono sforzi definiti come variabili<\/strong>, o ciclici<\/strong>.<\/p>\n

Spesso si osserva che i componenti meccanici vanno incontro a cedimento sotto l\u2019azione di sollecitazioni cicliche; inoltre, si osserva che in questo tipo di cedimento, gli sforzi massimi effettivi sono ben al di sotto della resistenza a rottura del materiale e, spesso, addirittura inferiori al limite di snervamento. La caratteristica distintiva di questi cedimenti per\u00f2 consiste nel fatto che le sollecitazioni siano ripetute un numero molto elevato di volte. Per questo motivo, tale cedimento \u00e8 noto come \u201ccedimento per fatica\u201d<\/strong>.<\/p>\n

Quando le parti meccaniche cedono staticamente, in genere sviluppano una deformazione molto pronunciata, poich\u00e9 la sollecitazione ha superato il limite di snervamento, e il componente viene sostituito prima che si verifichi la frattura vera e propria. Molti cedimenti statici, dunque, forniscono un preavviso visibile. Al contrario, un cedimento per fatica non fornisce alcun preavviso evidente<\/strong>: \u00e8 repentino, catastrofico e pertanto molto pericoloso. Progettare al fine di prevenire cedimenti statici \u00e8 relativamente semplice, poich\u00e9 la nostra conoscenza in merito \u00e8 ampia. La fatica, invece, \u00e8 un fenomeno molto pi\u00f9 complesso e solo parzialmente compreso, oltre ad essere dominato da fenomeni di tipo statistico e quindi necessariamente da supportare con campagne sperimentali.<\/p>\n

Caratteristiche del cedimento a fatica<\/strong><\/h2>\n

Una superficie di frattura per fatica presenta un aspetto per certi versi simile a una frattura fragile<\/strong>, poich\u00e9 le superfici di frattura risultano piatte e perpendicolari all\u2019asse di sollecitazione, senza presenza di restringimento (o \u201cnecking\u201d<\/strong>, tipico della strizione duttile statica). Tuttavia, le modalit\u00e0 con cui avviene una frattura per fatica differiscono notevolmente da quelle di una frattura fragile statica e si sviluppano secondo tre stadi distinti.<\/p>\n

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Figura 1. Esempio di cedimento per fatica dello stelo di un bullone soggetto a flessione alterna. Il meccanismo di frattura \u00e8 iniziato alla radice del filetto nel punto A, si \u00e8 propagata poi attraverso gran parte della sezione retta lasciano le tracce di \u201cbeach marks\u201d in B, fino al cedimento finale in C. (Fonte: ASM Handbook<\/a>, vol. 12, 1992).<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n

Gli stadi della frattura<\/h3>\n

Lo stadio I<\/strong> corrisponde alla nucleazione di una o pi\u00f9 micro-fessurazioni<\/strong> (o micro-cricche) causate da deformazioni plastiche cicliche, con propagazione cristallografica che si estende per circa due-cinque grani intorno al punto di origine. Le micro-cricche di questo stadio non sono generalmente visibili a occhio nudo e non sono ancora rilevanti dal punto di vista ingegneristico.<\/p>\n

Lo stadio II <\/strong>comporta il passaggio da micro-cricche a cricche, con la formazione di superfici di frattura piatte e parallele, separate da creste longitudinali. Queste superfici, generalmente lisce e perpendicolari alla direzione della massima tensione di trazione, possono presentare bande ondulate scure e chiare note come \u201cbeach marks\u201d (segni da spiaggia) o \u201cclamshell marks\u201d (segni a conchiglia), come si pu\u00f2 vedere nella Fig. 1. Con l\u2019applicazione del carico alterno, queste superfici fessurate si aprono e si chiudono ciclicamente sfregandosi tra loro, e il loro aspetto varia in base ai cambiamenti dell\u2019intensit\u00e0 o della frequenza del carico stesso, oltre ad altri effetti come, ad esempio, la presenza di agenti corrosivi nell\u2019ambiente.<\/p>\n

In ultimo, lo stadio III<\/strong> si verifica durante l\u2019ultima parte della vita del componente, quando il campione presenta una sezione resistente residua cos\u00ec ridotta da non essere pi\u00f9 in grado di sostenere il carico, provocando un cedimento istantaneo e improvviso. Una frattura in stadio III pu\u00f2 essere fragile, duttile o una combinazione di queste modalit\u00e0.<\/p>\n

La formazione delle fratture<\/h3>\n

Dalle configurazioni delle fratture in un cedimento per fatica si possono ricavare molte informazioni. Per esempio, in Fig. 2 si vedono le caratteristiche qualitative di alcune superfici di cedimento a fatica di vari componenti geometrici sottoposti a carichi differenti (sollecitazioni alterne oppure rotanti).<\/p>\n

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Figura 2. Rappresentazione qualitativa della superficie di frattura per fatica in provini cilindrici intagliati, con carico unidirezionale, a flessione alterna e a flessione rotante. (Fonte: ASM Metals Handbook<\/a>, vol. 11, 1986).<\/figcaption><\/figure>\n

Quindi, come abbiamo detto, il cedimento per fatica \u00e8 causato dalla formazione e propagazione di cricche. Una cricca di fatica si innesca generalmente in corrispondenza di una discontinuit\u00e0 del materiale, dove la sollecitazione ciclica \u00e8 massima. Le discontinuit\u00e0 possono derivare da alcune particolari condizioni:<\/p>\n