In breve: Studiamo come dimensionare e controllare gli elementi meccanici. Servono formule semplici per evitare rotture.
Introduzione semplice
Ogni macchina ha parti che sopportano forze. Un albero, una vite, una trave: tutti subiscono carichi.
Il progettista deve scegliere bene la forma e il materiale. Se sbaglia, il pezzo si deforma o si rompe.
La resistenza dei materiali studia proprio questo. Ci dice quanto un pezzo può sopportare prima di cedere.
Spiegazione principale
Quando una forza agisce su un corpo, nasce uno sforzo interno. Lo sforzo si misura in N/mm² (MPa).
Esistono diversi tipi di sollecitazione. Le più comuni sono trazione, compressione, flessione e torsione.
Ogni materiale ha un limite oltre il quale si rompe. Questo limite si chiama tensione di rottura.
Per sicurezza, il progettista non arriva mai al limite. Usa un valore più basso, detto tensione ammissibile.
La regola base è semplice: la tensione di lavoro deve restare sotto quella ammissibile.
Esistono due modi di applicare questa regola. Il calcolo di progetto e il calcolo di verifica.
Nel calcolo di progetto conosciamo il carico. Cerchiamo la dimensione minima del pezzo.
Nel calcolo di verifica conosciamo già le dimensioni. Controlliamo se il pezzo regge il carico previsto.
Esempi / come si fa
Pensiamo a un tirante d'acciaio che sostiene un peso. Vogliamo progettare la sezione giusta.
Il carico è F = 10.000 N. La tensione ammissibile è σ_amm = 100 N/mm².
Per il progetto usiamo la formula A ≥ F / σ_amm. Otteniamo A ≥ 100 mm².
Quindi scegliamo un tondino con sezione almeno 100 mm². Per sicurezza ne prendiamo uno leggermente più grande.
Ora un esempio di verifica. Abbiamo già un perno con sezione A = 150 mm².
Calcoliamo la tensione reale: σ = F / A = 10.000 / 150 ≈ 67 N/mm². Il valore è sotto 100 N/mm², quindi il perno regge.
Lo stesso metodo si applica a flessione e torsione. Cambiano solo le formule e i moduli di resistenza.
Parole difficili
- Sforzo (o tensione): forza interna su unità di superficie del materiale.
- Sollecitazione: modo in cui una forza agisce sul pezzo.
- Tensione ammissibile: valore massimo di lavoro accettato in sicurezza.
- Calcolo di progetto: si cerca la dimensione partendo dal carico.
- Calcolo di verifica: si controlla se le dimensioni esistenti reggono.
- Coefficiente di sicurezza: numero che riduce la tensione limite del materiale.
Riferimenti
- Norma: Riordino degli istituti tecnici
- Obiettivo formativo coperto: ob.tecnico-meccanica-meccatronica-energia.meccanica-macchine-ed-energia.cl3.resistenza-materiali.03