Prin: 2010-2011

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Titolo del Progetto di Ricerca

DINAMICA, STABILITÀ E CONTROLLO DI STRUTTURE FLESSIBILI

Coordinatore Scientifico: Prof. Angelo Luongo

Abstract

La valutazione della capacità portante di una struttura è obiettivo primario dell’ingegneria strutturale, reso oggi più difficile dal crescente impiego di materialiinnovativi, dalle nuove tecnologie di controllo passivo e semi-attivo, e dall’impiego di strutture di nuova generazione, a cui si richiedono elevate prestazioni. La complessa problematica necessita talvolta del contributo di competenze multi-disciplinari, che includano la Tecnologia dei Materiali e l’Ingegneria Meccanica.

Tra i numerosi fattori che condizionano il comportamento di una struttura, e ne complicano l’analisi, se ne rilevano molti nei campi della Dinamica, della Stabilità e del Controllo. I fenomeni sono spesso innescati ed amplificati dal Danno e, a loro volta, causano l’ulteriore propagazione del Danno, in un complesso meccanismo d’interazione, che è tanto più accentuato quanto più la struttura è flessibile.

Si citano qui solo alcune delle problematiche, limitandoci a quelle d’interesse del presente Progetto. (a) In Dinamica e Stabilità: effetti indotti da movimenti di masse non trascurabili rispetto a quella della struttura portante; oscillazioni di grande ampiezza di strutture strallate, sospese, o ponti pedonali, causate da eccitazioni ambientali o antropiche; instabilità aeroelastica di cavi sospesi e travi, così come di profili alari; dinamica non regolare di travi impattanti, con vincoli monolateri, o con legame costitutivo complesso, oppure di strutture complesse in muratura, dove l’attrito e l’impatto tra gli elementi costituenti svolgono un ruolo essenziale. (b) Nel Controllo: l’uso di dispositivi aggiunti la cui capacità dissipativa è intrinsecamente nonlineare, e che estende dunque il concetto del classico Tuned Mass Damper, quali i Nonlinear Energy Sinks, la stabilizzazione parametrica, i Liquid ColumnDampers, gli apparecchi viscosi non-Newtoniani e viscoelastici frazionari; l’impiego di dispositivi isteretici, magnetoreologici, o geometricamente nonlineari; l’uso di materiali polimerici ad alto smorzamento, con incluso effetto del danneggiamento e della storia dei carichi; l’impiego di nuove tecnologie d’isolamento, basate sull’attrito, sulla viscoelasticità frazionaria, sull’impatto ovvero sul comportamento isteretico delle leghe a memoria di forma, soprattutto in stato di tensione pluriassiale. (c) Nella Meccanica del Danno di strutture multistrato: l’insorgere di lesioni per fatica, i fenomeni di usura per abrasione interlaminare, il distacco parziale dell’interfaccia, il difetto di bilateralità dei vincoli; il danneggiamento per variazioni termiche o per invecchiamento lento.

Lo studio di tutti questi fenomeni richiede la formulazione di modelli accurati, spesso non-smooth. Tra questi: modelli a frontiera mobile, problemi inversi, approcci deterministico ed aleatorio, stima della vaghezza e dell’imprecisione, metodi perturbativi, metodi numerici; modelli avanzati per lo studio del danneggiamento, finalizzati alla descrizione del comportamento della zona d’interfaccia attraverso l’impiego di variabili interne fenomenologiche, oppure attraverso tecniche razionali di analisi asintotica; modelli costitutivi pluriassiali, descriventi effetti viscosi frazionari; modelli multiscala atti a correlare le proprietà di dissipazione e di risposta termo-meccanica alle proprietà del materiale. L’indagine richiede anche la messa a punto di tecniche di individuazione non distruttiva del danneggiamento, basate sul cambiamento della risposta lineare o nonlineare della struttura, anche in presenza di masse opportunamente aggiunte alla struttura. Richiede, infine, la realizzazione di prove sperimentali, in scala o al vero, per la validazione e calibrazione dei modelli matematici.

Per le ragioni su esposte appare di forte ed attuale interesse scientifico condurre una ricerca sugli effetti, indipendenti o combinati, di Dinamica, Controllo e Danno in strutture flessibili, e come questi condizionino la Stabilità della struttura. Il presente progetto si propone: (1) di analizzare, attraverso modelli analitici, numerici e sperimentali, la risposta Dinamica di strutture flessibili in presenza di non linearità geometriche e costitutive, con particolare riguardo ai materiali innovativi; (2) di mettere a punto strategie avanzate di controllo passivo o semi-attivo per la mitigazione degli effetti dinamici e del danneggiamento; (3) di investigare i fenomeni d’interazione tra Danno e Dinamica; (4) di implementare tecniche di monitoraggio e rilevamento non distruttivo del danno.

Il progetto è organizzato nei seguenti Work Packages (WP). Nel WP-A si analizzerà la Dinamica e Stabilità di strutture flessibili. Nel WP-B si studierà il Controllo delle oscillazioni. Nel WP-C si affronterà lo studio dell’interazione tra Dinamica e Danno.

Articolazione del Progetto

Il progetto è organizzato in tre Work Packages (A,B,C), ciascuno articolato in Tasks (A.1,…), come di seguito illustrato. A ciascun task contribuiranno le UR indicate.

A. DINAMICA E STABILITÀ DI STRUTTURE FLESSIBILI

A.1 Dinamica indotta da masse mobili

A.2 Dinamica e stabilità di fili e travi

A.3 Dinamica non regolare di sistemi ad impatto e attrito

B. CONTROLLO DELLE OSCILLAZIONI DI STRUTTURE FLESSIBILI

B.1 Controllo passivo mediante dispositivi aggiunti

B.2 Controllo con incremento della dissipazione e sperimentazione su modelli in scala

B.3 Isolamento mediante attrito, impatto, e sperimentazione su modelli in scala

C. INTERAZIONE TRA DINAMICA E DANNO

C.1 Modelli di strutture multistrato

C.2 Dinamica e danno di strutture multistrato

C.3 Tecniche di rilevamento non distruttivo del danno

C.4 Monitoraggio strutturale e sperimentazione su modelli

Unità di Ricerca Quadro delle collaborazioni tra le unità di ricerca Sintesi delle collaborazioni con altri organi di ricerca