Plasticità (fisica): differenze tra le versioni

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Versione delle 11:49, 28 ott 2015

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{{Meccanica del continuo}}

In [[fisica]] e nella [[scienza dei materiali]] la '''plasticità''' è la capacità di un [[solido]] di subire grandi cambiamenti irreversibili di [[Figura (geometria)|forma]] in risposta alle [[Forza (fisica)|forze]] applicate. Esempi di [[Materiale|materiali]] che esibiscono un comportamento plastico sono l'[[argilla]] e l'[[acciaio]] quando viene superato il [[limite di elasticità]].

== Materiali duttili ==

Per molti metalli, bassi livelli di carico applicati ad un campione di materiale determinano in questo un comportamento [[elasticità (meccanica)|elastico]]: ad ogni incremento del carico corrisponde un aumento proporzionale della deformazione e, quando il carico viene rimosso, il campione ritorna esattamente alla sua configurazione originaria. Tuttavia, una volta che il carico eccede una certa soglia di resistenza ([[tensione di snervamento]]), la deformazione aumenta più sensibilmente rispetto al regime elastico e, rimuovendo il carico, una parte di questa continua a permanere sul campione scarico: è quello che definisce il comportamento plastico di un materiale. La fase di passaggio tra deformazione elastica e plastica è chiamata [[tensione di snervamento|snervamento]]. La fase di snervamento è seguita tipicamente da una fase di [[incrudimento]] che porta alla rottura del materiale.

Le tre fasi descritte (elastica, snervamento ed incrudimento) sono pressoché sempre presenti nel comportamento di tutti i materiali, ma possono avere diversa estensione. In alcuni casi la fase di snervamento è molto estesa <math>(\Delta \varepsilon^p \approx 1.0-2.0 %)</math>: si parla in tal caso di ''materiali duttili ''([[acciaio]] dolce, [[rame]], [[alluminio]], ecc.). In altri lo snervamento può mancare del tutto: si parla di ''materiali incruditi '' (acciaio ad alta resistenza, ecc.). In altri ancora, anche la fase di incrudimento è molto ridotta e la fase elastica è seguita immediatamente dalla rottura: si parla in tal caso di ''materiali fragili ''([[vetro]], roccia<ref>Nelle condizioni di pressione temperatura a cui si trovano le rocce affioranti sulla superficie terrestre</ref>, ecc.).

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== Origine del fenomeno ==

La plasticità, e quindi lo snervamento, sono rappresentativi, a livello macroscopico, di fenomeni che trovano spiegazione a livello microscopico, sulla scala dell'organizzazione molecolare del materiale. Nei materiali metallici, la plasticità può essere spiegata sulla base di modificazioni irreversibili del loro reticolo cristallino, cioè in termini della teoria delle [[dislocazione|dislocazioni]] (a tale conclusione pervennero contemporaneamente già nel [[1934]] gli studiosi [[Egon Orowan]], [[Michael Polanyi]] e [[Geoffrey Ingram Taylor]]).

In altri materiali, come i [[polimeri]], il comportamento plastico non può essere spiegato con la suddetta teoria delle dislocazioni, in quanto mancano di una regolarità di struttura molecolare (la struttura cristallina). In tal caso, la plasticità è spiegata come un effetto della sollecitazione che induce una regolarità, orientata secondo la sollecitazione, nel caos delle catene molecolari del polimero.

== Modelli matematici di plasticità ==

Il problema del comportamento nonlineare dei materiali (e delle strutture) era presente fin dai primordi della Meccanica, già ai tempi di [[Leonardo da Vinci|Leonardo]] e [[Galileo Galilei|Galileo]]. Tuttavia lo sviluppo di una moderna teoria matematica della plasticità ha incontrato in passato notevoli difficoltà a causa della complessità del fenomeno da rappresentare. Tale complessità è dovuta sia al carattere irreversibile del fenomeno plastico, sia al suo carattere anolonomo, nel senso che la deformazione finale raggiunta dipende non solo dal valore finale del carico, ma anche dal percorso di carico, cioè dalla storia passata della modalità di applicazione del carico stesso.

[[File:Tensione-Sforzo.png|thumb|Curva del rapporto tensione-sforzo]]

I primi studi moderni sul comportamento elasto-plastico delle strutture risalgono alla seconda metà del XIX secolo. Fra gli autori più importanti in questa fase si ricordano [[w:en:Henri Tresca|Tresca]], [[Adhémar Jean Claude Barré de Saint-Venant|S. Venant]] e Levy. Un nuovo sviluppo della teoria si è avuto poi agli inizi del [[XX secolo]], in special modo ad opera di [[Richard von Mises|von Mises]] e [[Theodore von Kármán|von Karman]].

Attorno al [[1940]] è stata sviluppata, particolarmente ad opera della scuola russa di Nadai ed Iliushin, una [[teoria della plasticità]] in termini finiti nota come ''deformation theory''. Tale teoria si basa essenzialmente sull'assunzione di un legame tra tensioni <math>\bold{\sigma}</math> e deformazioni <math>\bold{\varepsilon}</math> in termini globali del tipo

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[[Categoria:Proprietà dei materiali]]

{{Categorie qualità}}