Francesca PASSARELLA | Progetti

MECCANICA DEI MATERIALI CON RAPPORTO DI POISSON NEGATIVO E LORO APPLICAZIONI INDUSTRIALI

Il rapporto di Poisson di un solido è definito come il rapporto tra la contrazione laterale e l'allungamento longitudinale in un esperimento di trazione. In quasi tutti i materiali il coefficiente di Poisson, generalmente indicato con ν, è positivo. I materiali più comuni mostrano valori di ν vicino a 1/3. Per materiali gommosi si avvicina 1/2. Anche se in molti libri di testo si afferma categoricamente che materiali con rapporto di Poisson negativo sono sconosciuti, ci sono invece recentemente diversi esempi di applicazioni pratiche di materiali esistenti con valori negativi di ν. Questi materiali hanno la proprietà che si espandono in tutte le direzioni quando sottoposti a trazione in una direzione. La struttura suggerisce nuove potenziali applicazioni nella integrità strutturale, nelle componenti a sandwich, nelle strutture conformi e nei dispositivi strutturali intelligenti passivi. Materiali con un valore negativo di ν mostrano migliori proprietà meccaniche rispetto ai materiali classici (cioè materiali con un rapporto di Poisson positivo), come resistenza alla rientranza, maggiore rigidezza flessionale in sistemi strutturali, resistenza al taglio, alta dissipazione di energia per unità di volume sotto compressione di carico ciclica e ottimale smorzamento passivo di vibrazioni strutturali. Applicazioni dei materiali con rapporto di Poisson negativo possono essere previste sulla base del rapporto di Poisson stesso o sulla base di altre proprietà fisiche insolite che derivano dal meccanismo causale strutturale. Il rapporto di Poisson del materiale influenza la trasmissione e riflessione delle onde di stress, il decadimento dello stress con la distanza secondo il principio di de Saint Venant e la distribuzione delle sollecitazioni intorno a crack e fratture. La deformazione laterale di materiali con rapporto di Poisson negativo può essere utile in nuovi tipi di dispositivi di fissaggio. Tali materiali possono trovare impiego in pannelli sandwich. Quando una piastra o una barra è piegata assume una forma a sella se ν è positivo e una forma convessa se ν è negativo. Le forme convesse sono più convenienti delle forme a sella per pannelli sandwich di aerei e automobili. La distribuzione delle sollecitazioni in un pannello flessibile è più favorevole alla riduzione delle forze d'urto sia su piccoli oggetti come un gomito che su grandi oggetti come una gamba o la schiena, se ν è il più piccolo possibile. Come per le altre proprietà fisiche, resilienza e capacità fonoassorbente sono caratteristiche delle schiume rientranti. D'altra parte, in alcune applicazioni è essenziale disporre di un materiale che è rigido e forte. A tal fine, i compositi di Milton [1] offrono l'interessante possibilità di materiali rigidi con valori negativi di ν. Un'altra possibilità interessante è quella di creare materiali ancora più rigidi con rapporto di Poisson negativo con progettazione su scala molecolare [2].Potrebbe essere possibile utilizzare il volume libero esistente che esiste in materiali polimerici per raggiungere questo obiettivo. [1] G. Milton, (1992) J. Mech. Phys. Solidi, 40, 1105[2] K. E. Evans et al., (1991), Nature, 353, 124