Fernando FRATERNALI | Progetti

STRUTTURE E MATERIALI INNOVATIVI PER L'INGEGNERIA CIVILE

Un tema centrale delle ricerca proposta riguarderà lo studio teorico-sperimentale della risposta meccanica di materiali e strutture composite inglobanti elementi in materiale polimerico o metallico, di sintesi industriale o derivanti dal riciclo di rifiuti solidi, nonche', eventualmente, foreste di nanotubi in carbonio. Tali sistemi compositi si distinguono per la loro leggerezza e per le loro elevate proprietà meccaniche, elettriche e termiche, che li rendono adatti ad una varietà di applicazioni, sia come elementi indipendenti, sia come componenti di strutture complesse. L’attività di ricerca proposta porterà alla progettazione di materiali e strutture composite del tipo suddetto ed alla loro caratterizzazione teorico-sperimentale sulla base di modelli meccanici formulati in anni recenti. Tali modelli consentono di descrivere fenomeni di instabilità locale ed una risposta dissipativa al livello macroscopico. L’identificazione dei parametri costituitivi avverrà attraverso uno studio sperimentale sui regimi di deformazione e sollecitazione della struttura composita. La registrazione durante il corso di prove sperimentali della deformazione locale di singole porzioni della struttura composita consentirà di pervenire alle leggi tensione-deformazione dei singoli elementi. Sarà quindi possibile identificare gli stessi con elementi dotati di opportuni parametri meccanici. L’identificazione sarà svolta sia al livello microscopico (porzioni infinitesime della struttura), che al livello mesoscopico (porzioni di dimensioni finite) e consentirà di caratterizzare efficacemente l’entità delle risorse dissipative del sistema.Un secondo tema a base della presente ricerca riguarda uno studio teorico-sperimentale sulla dinamica di strutture “tensegrity” alternate a masse concentrate su dischi o fogli di materiale polimerico e/o metallico. Questi sistemi sono caratterizzati da un comportamento meccanico fortemente non lineare, che deriva da fenomeni di non linearità geometrica legati alla deformazione delle unita' componenti. Si valuterà la natura e le proprietà delle onde supportate da questi sistemi al variare della velocità di propagazione. Saranno determinate, per via numerica ed attraverso indagini sperimentali, la forma, l’ampiezza e la larghezza dell’onda trasmessa dal sistema al variare del regime di sollecitazione. Sarà analizzata, in particolare, la capacità del sistema “tensegrity” di funzionare come attuatore/sensore e come elemento di mitigazione di sollecitazioni dinamiche. Sarà analizzata, in particolare, la capacità del sistema “tensegrity” di trasformare impulsi in ingresso in segnali di ampiezza limitata (“pulse disintegration”) ovvero in onde di rarefazione. Particolare attenzione sarà rivolta agli effetti di una precompressione dei cavi dei singoli prismi e del sistema nel suo complesso sul regime dinamico della struttura.