In breve: Impariamo a calcolare le forze interne che agiscono su una trave o un componente meccanico. Vediamo i casi semplici e quelli composti.
Cosa sono le sollecitazioni
Quando una forza agisce su un pezzo meccanico, dentro il materiale nascono delle tensioni interne. Queste tensioni si chiamano sollecitazioni.
Le sollecitazioni semplici sono quattro tipi principali. Si studiano una alla volta. Le sollecitazioni composte nascono quando più sollecitazioni semplici agiscono insieme sullo stesso pezzo.
Pensa a una mensola che regge uno scaffale. Il peso dei libri crea più effetti contemporaneamente nel materiale.
Le sollecitazioni semplici
Le quattro sollecitazioni semplici sono: trazione, compressione, taglio e flessione. A queste si aggiunge spesso la torsione.
La trazione tira il pezzo e lo allunga. Un esempio è il cavo di un ascensore che sostiene la cabina. La formula base usa la tensione normale σ uguale a forza diviso area.
La compressione schiaccia il pezzo. Pensa a una colonna che sostiene un tetto. La formula è simile alla trazione, ma con segno opposto.
Il taglio agisce parallelo alla sezione. Un bullone che unisce due lamiere lavora a taglio. Si calcola con la tensione tangenziale τ uguale a forza diviso area.
La flessione piega il pezzo. Una trave appoggiata con un peso al centro si flette. Si usa la formula con momento flettente e modulo di resistenza.
La torsione fa ruotare il pezzo su sé stesso. L'albero di un motore lavora a torsione.
Le sollecitazioni composte
Nella realtà un componente subisce spesso più sollecitazioni insieme. Questo caso si chiama sollecitazione composta.
Per esempio una vite serrata subisce trazione e torsione contemporaneamente. Una mensola può subire flessione e taglio insieme.
Per il calcolo si sommano gli effetti con regole precise. Si usano formule che combinano tensioni normali e tangenziali. Una formula molto usata si basa sul criterio di Von Mises o sul criterio di Tresca.
Come si procede nel calcolo
Il procedimento segue passi ordinati. Prima si individuano le forze esterne applicate al pezzo.
Poi si calcolano le reazioni vincolari nei punti di appoggio. Si traccia il diagramma delle sollecitazioni lungo il pezzo. Si trova la sezione più sollecitata.
Si calcola la tensione massima in quella sezione. Infine si confronta la tensione con il valore ammissibile del materiale. Se la tensione resta sotto il limite, il pezzo è verificato.
Esempio pratico: una trave lunga 2 metri sostiene un carico al centro. Calcolo la reazione agli appoggi, poi il momento flettente massimo. Da qui ricavo la tensione e la confronto con il materiale scelto.
Parole difficili
- Sollecitazione: azione interna che nasce nel materiale a causa di forze esterne.
- Tensione: forza che agisce su una piccola area della sezione interna.
- Sezione: superficie ottenuta tagliando idealmente il pezzo in un punto.
- Momento flettente: grandezza che misura quanto una forza tende a piegare il pezzo.
- Tensione ammissibile: valore massimo di tensione che il materiale può sopportare in sicurezza.
- Vincolo: elemento che blocca o limita il movimento di un pezzo.
Riferimenti
- Norma: Riordino degli istituti tecnici
- Obiettivo formativo coperto: ob.tecnico-meccanica-meccatronica-energia.meccanica-macchine-ed-energia.cl3.resistenza-materiali.02