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Metodologia sperimentale per la caratterizzazione multiassiale di materiali cellulari

Informazioni tesi

  Autore: Francesco Garrone
  Tipo: Tesi di Laurea
  Anno: 2004-05
  Università: Politecnico di Torino
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria Meccanica
  Relatore: Giovanni Belingardi
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 208

Per le loro proprietà meccaniche, termiche ed acustiche i materiali cellulari costituiscono, oggi, un notevole potenziale nel campo delle strutture leggere nonchè in quello dell’assorbimento energetico e nello sviluppo di applicazioni termiche.
Le schiume strutturali si sono diffuse, negli anni passati, nell’industria del trasporto, come materiale di protezione negli imballaggi, per poi espandere il proprio campo di utilizzo all’intera area automotive.
L’esigenza della sicurezza attiva e passiva dei veicoli (imbottitura di parti interne per la protezione dei passeggeri e riempimento dei paraurti), implica certamente un aumento di peso del veicolo in contrasto con altri fattori, primo fra tutti, la possibilità di un minor consumo di carburante; per questa ragione materiali con basso peso specifico e forte inclinazione ad assorbire grandi quantità di energia hanno ultimamente suscitato particolare interesse.
I materiali cellulari presenti in natura sono stati, per diversi anni, riprodotti dall’uomo sotto forma di schiume polimeriche; queste sono caratterizzate da basse densità ma nello stesso tempo da quantità limitate di energia convertibile in deformazione.
Oggigiorno, lo sviluppo dei metodi di produzione delle schiume metalliche permette di ottenere un materiale leggero e resistente in grado di assorbire elevate quantità di energia. Il metallo espanso risultante fonde le proprietà che discendono dalla natura della matrice metallica con il comportamento meccanico dovuto alla sua morfologia strutturale.
L’importanza che questi materiali assumono richiede una caratterizzazione del comportamento meccanico per venire a conoscenza delle potenzialità e dei loro limiti.
Obiettivo di questo lavoro è stato lo studio di una metodologia sperimentale per l’analisi delle grandezze meccaniche derivanti da sollecitazioni di tipo multiassiale.
È stata, poi, effettuata l’analisi della superficie di snervamento di una schiuma metallica di alluminio fornita dall’Istituto di ricerca IFAM di Brema.
La macchina servoidraulica Dartec HA100 presente presso il La.di.Spe Meccanici della II Facoltà di Ingegneria del Politecnico di Torino è stata utilizzata come complemento all’attrezzatura studiata e realizzata. Ciò ha permesso la realizzazione di prove idrostatiche e prove di idro-compressione sul materiale in esame fino a pressioni massime di 35 MPa.
Il lavoro è stato presentato strutturandolo in tre sezioni principali: dopo un’introduzione generale, una prima parte prevede lo studio delle recenti teorie presenti in letteratura riguardanti lo snervamento dei materiali cellulari; la conoscenza dei fondamenti teorici ha permesso, quindi, di comprendere le principali problematiche e le prove sperimentali da soddisfare con l’attrezzatura per caratterizzare il materiale da un punto di vista multiassiale.
Il progetto, la realizzazione e le modifiche costruttive dell’attrezzatura hanno permesso di affinare una metodologia sperimentale in grado di fornire risultati esaurienti nel campo della compressione idrostatica.
Il terzo ed ultimo passo della trattazione vede, infine, la realizzazione delle prove definitive e l’analisi dei risultati sperimentali.

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Introduzione Per le loro proprietà meccaniche, termiche ed acustiche i materiali cellulari costituiscono, oggi, un notevole potenziale nel campo delle strutture leggere nonchè in quello dell’assorbimento energetico e nello sviluppo di applicazioni termiche. Le schiume strutturali si sono diffuse, negli anni passati, nell’industria del trasporto, come materiale di protezione negli imballaggi, per poi espandere il proprio campo di utilizzo all’intera area automotive. L’esigenza della sicurezza attiva e passiva dei veicoli (imbottitura di parti interne per la protezione dei passeggeri e riempimento dei paraurti), implica certamente un aumento di peso del veicolo in contrasto con altri fattori, primo fra tutti, la possibilità di un minor consumo di carburante; per questa ragione materiali con basso peso specifico e forte inclinazione ad assorbire grandi quantità di energia hanno ultimamente suscitato particolare interesse. I materiali cellulari presenti in natura sono stati, per diversi anni, riprodotti dall’uomo sotto forma di schiume polimeriche; queste sono caratterizzate da basse densità ma nello stesso tempo da quantità limitate di energia convertibile in deformazione. Oggigiorno, lo sviluppo dei metodi di produzione delle schiume metalliche permette di ottenere un materiale leggero e resistente in grado di assorbire elevate quantità di energia. Il metallo espanso risultante fonde le proprietà che discendono dalla natura della matrice metallica con il comportamento meccanico dovuto alla sua morfologia strutturale. L’importanza che questi materiali assumono richiede una caratterizzazione del comportamento meccanico per venire a conoscenza delle potenzialità e dei loro limiti. Obiettivo di questo lavoro è stato lo studio di una metodologia sperimentale per l’analisi delle grandezze meccaniche derivanti da sollecitazioni di tipo multiassiale. È stata, poi, effettuata l’analisi della superficie di snervamento di una schiuma metallica di alluminio fornita dall’Istituto di ricerca IFAM di Brema. La macchina servoidraulica Dartec HA100 presente presso il La.di.Spe Meccanici della II Facoltà di Ingegneria del Politecnico di Torino è stata utilizzata come complemento all’attrezzatura studiata e realizzata. Ciò ha permesso la realizzazione di prove idrostatiche e prove di idro-compressione sul materiale in esame fino a pressioni massime di 35 MPa. Il lavoro è stato presentato strutturandolo in tre sezioni principali: dopo un’introduzione generale, una prima parte prevede lo studio delle recenti teorie presenti in letteratura riguardanti lo snervamento dei materiali cellulari; la conoscenza dei fondamenti teorici ha permesso, quindi, di comprendere le principali problematiche e le

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