Curva S-N / Curva Wöhler
La curva SN indica la somma delle variazioni di carico che possono essere sopportate fino alla rottura di un materiale. La curva SN è derivata da test di fatica ad alto numero di cicli applicando un carico ad ampiezza costante (secondo la DIN 50100), ed è divisa in aree: fatica a basso numero di cicli K, vita a fatica finita Z e fatica ad alto numero di cicli D .
Le tre aree sono limitate dai numeri di cicli N.
- Fatica a basso numero di cicli, 100-30.000 cicli
- Vita a fatica finita, 2.000.000 cicli circa
- Fatica ad alto numero di cicli, cicli infiniti
Dal diagramma S-N è possibile leggere il numero massimo delle variazioni di carico per una certa ampiezza di carico. Dipende dalle proprietà del materiale, dalla forza e dal tipo di applicazione del carico (carico di compressione pulsante, carico di trazione pulsante o carico alternato).
Descrizione Fatica a basso numero di cicli Vita a fatica finita Fatica ad alto numero di cicli Normative Macchine di prova Altri test
Curva S-N di un provino liscio (rapporto di tensione R = -1)
Nel nostro esempio, l'ampiezza di tensione nominale Sa e il numero di cicli N vengono applicati in modo logaritmico. La regione di vita a fatica finita corrisponde a una retta in scala doppio logaritmica. La curva risultante è una curva S-N.
Descrizione della curva S-N:
- Rm Resistenza statica (qui resistenza alla trazione)
- Sa Ampiezza tensione nominale
- SaD Resistenza a fatica ad alto numero di cicli
- N Numero di cicli tollerabili
- ND Numero di cicli “edge load”
- NG Numero di cicli di soglia
- K Fatica a basso numero di cicli / resistenza alla fatica a basso numero di cicli
- Z Fatica a vita finita / resistenza a fatica a vita finita
- D Fatica ad alto numero di cicli / resistenza alla fatica ad alto numero di cicli
Fatica a basso numero di cicli
La fatica a basso numero di cicli K è al di sotto dei 104 - 105 cicli di carico.
La resistenza alla fatica a basso numero di cicli viene determinata con la prova di fatica a basso numero di cicli (LCF). I materiali ed i componenti sono sollecitati al punto che durante il ciclo si verificano deformazioni plastiche e il materiale cede in fase iniziale. Per una rappresentazione più dettagliata, spesso viene utilizzato il modello Coffin-Manson.
Un carico che porta alla rottura del provino entro un quarto dei cicli, viene definito come resistenza statica, determinata anche con una prova di trazione.
Vita a fatica finita
La vita a fatica finita Z è l'intervallo tra 104 e 2·106 cicli (a seconda del materiale), dove il provino raggiunge sempre una condizione di criterio di cedimento (per esempio cricca o rottura).
La resistenza a fatica a vita finita viene determinata con la prova di fatica ad alto numero di cicli (HCF). Dopo la prova, il risultato è il numero di cicli di carico ad una determinata ampiezza di carico.
Fatica ad alto numero di cicli
La fatica ad alto numero di cicli D indica il limite di tensione che un materiale può sopportare durante il carico ciclico senza significativi segni di fatica o cedimento.
Nell'area della fatica ad alto numero di cicli, si stabilisce un numero limitato di cicli NG . Se il provino non resiste prima di raggiungere questo numero limitato di cicli, viene considerato come "cedimento". I materiali che, durante una prova di fatica ad alto numero di cicli, sopportano più di 1.000.000 di cicli senza rottura sono considerati resistenti alla fatica.
Il concetto di fatica ad alto numero di cicli comporta sollecitazioni ammissibili significativamente inferiori rispetto al concetto statico.
L'andamento della curva S-N (Wöhler) nell'intervallo di fatica ad alto numero di cicli è suddiviso in:
- Andamento orizzontale della curva S-N: l’elevata resistenza a fatica ad alto numero di cicli o la resistenza alla fatica a lungo termine si verifica spesso con gli acciai ferritici.
- Successiva caduta della curva S-N con una minore inclinazione: spesso si verifica con acciaio austenitico o alluminio.
- Dopo un primo andamento orizzontale, la curva S-N scende a circa 108 cicli: i difetti interni causano le cricche sotto la superficie.
Normative importanti per la determinazione della curva S-N
- DIN 50100 - Prove di fatica a carico controllato - Esecuzione e valutazione di prove cicliche ad ampiezza di carico costante su provini e componenti metallici
- ASTM E466-15 - Metodo standard per la conduzione di prove di fatica assiale ad ampiezza costante e a forza controllata su materiali metallici
- ISO 1099 - Materiali metallici - Prove a fatica - Metodo a forza assiale controllata
- DIN EN 6072 - Serie aerospaziale - Materiali metallici - Metodi di prova - Prova di fatica ad ampiezza costante.
