Il modulo si propone di fornire i concetti fondamentali del comportamento meccanico dei materiali nelle condizioni che portano alla frattura dei componenti strutturali sollecitati con carichi statici, con particolare attenzione per i materiali metallici e per gli effetti di fessure o altri difetti. Pertanto, dopo aver descritto i fenomeni di frattura ed i fondamenti del comportamento meccanico dei metalli, si svolgono in modo approfondito i temi della meccanica della frattura lineare ed elastoplastica e della frattura assistita dall'ambiente, evidenziando i possibili metodi di analisi e di prevenzione dei cedimenti in opera.

Comprensione del comportamento dei materiali strutturali in presenza di difetti e/o in ambienti aggressivi. Capacità di utilizzare le conoscenze avanzate sul comportamento dei materiali all’interno del processo di progettazione. Capacità di analizzare cedimenti individuandone la causa e suggerendo i metodi per evitarli.

Conoscenze di base del calcolo delle sollecitazioni e della scienza e tecnologia dei materiali metallici.

1) Fenomeni di frattura Concetto di frattura duttile o fragile. Prove di tenacità qualitative (Pellini, Charpy). La transizione fragile - duttile negli acciai ferritici. Meccanismi di frattura ed aspetto macroscopico e microscopico delle superfici di frattura. 2) Fondamenti cristallografici del comportamento meccanico dei metalli Richiami di cristallografia; sistemi di scorrimento; tensione critica risolta di taglio; tensione di taglio teorica e reale. Ruolo delle dislocazioni: proprietà, tensioni reticolari, scorrimento, ostacoli e loro superamento. Deformazione plastica per geminazione. Meccanismi di rafforzamento: affinamento del grano, soluzione solida, incrudimento. Tensione di clivaggio teorica e reale. Nucleazione e propagazione del clivaggio. 3) Meccanica della frattura lineare elastica (MFLE) Approssimazioni bidimensionali del campo tensionale. Effetti di intaglio e sensibilità all'intaglio. Propagazione di una fessura per clivaggio. Approccio energetico alla propagazione di una fessura (Griffith) e tasso di rilascio di energia elastica (G). Campi di tensione e deformazione all'apice di una cricca (Westergard) e fattore di intensità delle tensioni (K). Calcolo del fattore K in casi particolari. Relazione tra G e K. Velocità di propagazione di una fessura in una lastra infinita. Estensione della teoria di Griffith a materiali duttili. Dimensione e forma della zona plastica all'apice della fessura. Zona K-dominata e principio di similitudine. Concetto di tenacità alla frattura (KIc). Misura della KIc: provette, precriccatura, svolgimento della prova, calcoli, validità, effetti delle dimensioni delle provette. Valori tipici di KIc negli acciai. Competizione tra frattura fragile e duttile ed effetti di scala. 4) Meccanica della frattura elastica-plastica (MFEP) Propagazione stabile o instabile di una fessura e curva di resistenza alla propagazione (curva a-R). Misura della curva a-R: provette, precriccatura, svolgimento della prova, prevenzione dell'instabilità plastica, calcoli, limiti di validità. Limiti della MFLE ed introduzione alla MFEP. Apertura (CTOD), arrotondamento e lacerazione plastica all'apice della fessura. Relazione tra CTOD e K. Misura del CTOD critico: metodo della cerniera plastica, metodo degli scarichi parziali, costruzione del diagramma CTOD - Δa, valori critici. Definizione e significato dell'integrale J di Rice. Zona J-dominata (o HRR). Confronto tra zona HRR e zona K-dominata. Relazioni tra CTOD, J, G e K. Misura di J: calcolo di J in base alla curva forza-spostamento; metodi multicampione e monocampione; condizioni di validità; confronto con le misure di KIc e di CTOD critico. Procedure di verifica di componenti contenenti difetti con i metodi della MFEP: metodi basati sul CTOD; metodi basati sul calcolo di J. 5) Fenomeni di frattura assistita dall'ambiente Richiami sulla corrosione. Fenomeni di tensocorrosione e di infragilimento da idrogeno. Prove sperimentali di con campioni integri o precriccati. Cenni sulla fatica assistita dall'ambiente. Esercitazioni in aula: analisi di fallimenti di componenti meccanici. Esercitazioni in laboratorio: misura di KIc e/o JIc; microfrattografia.

Si svolgeranno lezioni in aula, esercitazioni in aula (analisi di fallimenti in opera di componenti meccanici) ed esercitazioni in laboratorio (misura di KIc e/o JIc; microfrattografia).

L'apprendimento è basato principalmente sulle dispense distribuite dal docente e sugli appunti delle lezioni. I seguente testi (disponibili in forma digitale nella biblioteca del Politecnico) sono consigliati per approfondimento. - Anderson T.L., 2017, Fracture mechanics: fundamentals and applications, fourth edition, CRC press. - Campbell F.C. (ed.), 2012, Fatigue and fracture: understanding the basics, ASM International.

Modalità di esame: Prova scritta tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo;

L’esame è volto ad accertare la conoscenza di tutti gli argomenti svolti nel modulo. L’esame è costituito da uno scritto di 1 ora con domande aperte. Durante lo scritto non si possono usare libri, dispense o appunti. L'esame del modulo di metallurgia meccanica deve essere sostenuto contemporaneamente a quello del modulo di Meccanica dei Materiali.

Modalità di esame: Test informatizzato in laboratorio; Prova scritta (in aula); Prova scritta tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo;

L’esame è volto ad accertare la conoscenza di tutti gli argomenti svolti nel modulo. L’esame è costituito da uno scritto di 1 ora con domande aperte. Durante lo scritto non si possono usare libri, dispense o appunti. L'esame del modulo di metallurgia meccanica deve essere sostenuto contemporaneamente a quello del modulo di Meccanica dei Materiali.