Issue 12

L. Collini, Frattura ed Integrità Strutturale, 12 (2010) 21-36; DOI: 10.3221/IGF-ESIS.12.03 21 La modellazione microstrutturale di materiali a struttura eterogenea: princìpi ed applicazioni Luca Collini Università di Parma, Dipartimento di Ingegneria Industriale, v.le G.P. Usberti 181/A, 43100 Parma luca.collini@unipr.it R IASSUNTO . Molti problemi della Meccanica e Fisica dei Solidi e della Scienza dei Materiali, non sono facilmente risolvibili con gli approcci tradizionali. Oltre allo studio delle proprietà effettive dei solidi eterogenei, vi è la crescente necessità di incorporare un maggiore numero di informazioni sui meccanismi di deformazione e danneggiamento generati alla microscala, anche per i materiali abitualmente considerati omogenei. Micromeccanismi di cavitazione e concentrazioni locali di tensione e deformazione, sono indispensabili per spiegare fenomeni non-lineari come la rottura di fatica o il cedimento duttile, altrimenti non inquadrabili con approcci classici di tensioni e deformazioni medie. La micromeccanica si occupa della determinazione precisa, o di una stima accurata, di grandezze di campo microstrutturali locali. In questo lavoro sono illustrati i princìpi che sono alla base dell’approccio micromeccanico, come i concetti di multiscala, di distribuzione statistica delle fasi, di descrizione mediante volumi di riferimento e di omogeneizzazione e localizzazione, e, attraverso alcune applicazioni pratiche delle principali tecniche di modellazione, sono illustrati e discussi criticamente i risultati della ricerca effettuata su varie strutture di ghisa nodulare. A BSTRACT . There are many problems in Solid Mechanics, Physics of Solids and Materials Science that can not been solved using conventional approaches. Besides the effective properties of non-homogeneous bodies, there is an increasing need for incorporating more physical information about small-scale mechanisms of deformation and damage into phenomenological models of plasticity and rupture of materials which are usually considered homogeneous. Cavitation, local stress or strain concentrations at small scale are essential to explain nonlinear phenomena, such as fatigue or ductile rupture, which are not understandable from the simple point of view of average stresses or strains. Precise determination or accurate estimation of local fields is the domain of micromechanics. This work treats the basic concepts of the micromechanics in a simple way, with some practical suggestion on the most commonly used modelling techniques and some applications made by the author on various nodular cast iron microstructures. K EYWORDS . Modellazione micromeccanica; Materiali a struttura eterogenea; Compositi; Comportamento elasto-plastico. I NTRODUZIONE ALLA MECCANICA DEI MATERIALI MICROSTRUTTURATI Materiali microstrutturati e concetto di scala di osservazione a Micro- e Meso-Meccanica del Continuo è una branca relativamente giovane della Meccanica dei Materiali, che studia il comportamento meccanico dei materiali a livello microstrutturale. Molti dei materiali di interesse industriale ed ingegneristico, e la maggior parte dei materiali “naturali”, presentano una struttura eterogenea, formata cioè da più costituenti o “fasi”, distinguibili ad una certa (ridotta) scala di osservazione. In altre parole, ciò che al L