Influenza dello strain-rate sul comportamento meccanico dei ...

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Cap. I – EFFETTI DELLA VELOCITÀ DI DEFORMAZIONE SUL COMPORTAMENTO MECCANICO DEI MATERIALI STRUTTURALI del metallo. Le dislocazioni possono essere di diverso tipo a seconda che siano contenute nel singolo piano o che, al contrario, interessino più piani adiacenti: rispettivamente si hanno le dislocazioni “a spigolo” (o edge dislocation) e le dislocazioni “a vite” (anche dette screw dislocation). Un’importante caratteristica di queste imperfezioni se sottoposte ad azioni deformative è la loro relativa libertà di movimento all’interno del materiale che determina a scala macroscopica una maggiore o minore rigidezza del metallo. In aggiunta, per livelli deformativi spinti in campo plastico, la nascita di nuove imperfezioni dell’uno o dell’altro tipo, rispettivamente a causa di rottura totale o parziale dei fogli metallici, ed il loro scorrimento all’interno degli stessi, determina le caratteristiche di duttilità di questi materiali. A livello mesoscopico, a seguito dei processi termici a cui i metalli sono sottoposti nella fase di forgiatura o nei vari trattamenti (processing) tesi a definire le caratteristiche di qualità del metallo, le dislocazioni presenti si muovono raggruppandosi all’interno del materiale e dando vita ad una “trama di grani” di diversa dimensione, forma ed orientazione. Di riflesso, come le dislocazioni, così anche i grani contribuiscono alla determinazione delle proprietà meccaniche del metallo influenzando oltre che la rigidezza e la duttilità, anche le proprietà elettroniche e magnetiche. La combinazione di tutto quanto avviene alle diverse scale di visione si riflette in quello che è il comportamento finale del materiale a scala macroscopica con le sue caratteristiche meccaniche ed il suo comportamento rispetto alle azioni statiche o dinamiche. Gli effetti positivi che si risentono sulla risposta meccanica dei metalli sottoposti ad azioni applicate con elevate velocità di deformazione sono principalmente: • un incremento della tensione di snervamento (yield stress); • un incremento della tensione di rottura (ultimate stress); • un incremento della deformazione in condizioni di rottura (ultimate strain) [12]; • un incremento della deformazione uniforme [12]; • un incremento della duttilità del materiale. 28
Cap. I – EFFETTI DELLA VELOCITÀ DI DEFORMAZIONE SUL COMPORTAMENTO MECCANICO DEI MATERIALI STRUTTURALI Figura 1. 13 - Evoluzione del legame costitutivo dell’acciaio in funzione dello strain-rate Rimane invece inalterata, a differenza di quanto avveniva per il calcestruzzo, la rigidezza elastica del materiale che non risente della sensibilità alla velocità di deformazione: questa indifferenza può essere soprattutto imputata al fatto che il comportamento elastico del metallo è da attribuire alla densità di dislocazioni presenti o, a scala mesoscopica, alla dimensione e forma dei grani che costituiscono la trama del materiale, fattori indipendenti dallo strain-rate [11]. La velocità di deformazione, invece, influenza solo il prolungamento della fase elastica, dovuto ad una maggiore apertura delle dislocazioni presenti, e per quanto riguarda il ramo plastico, il ritardo dello sviluppo di nuovi difetti all’interno del metallo: in alcun modo influisce la risposta elastica in termini di rigidezza del materiale. Inoltre, non possono essere trascurati due ulteriori importanti fenomeni che condizionano la risposta meccanica dei provini metallici ad elevati strain-rate: • l’effetto Joule; • la corrispondenza tra curva sforzo-deformazione ingegneristici e reali. Infatti, la lettura dei dati a valle dell’attività sperimentale, senza opportuni interventi correttivi che tengono conto di questi effetti, potrebbe dare adito a conclusioni erronee sull’effettivo comportamento dei materiali ad elevati strainrate. 29
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