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Miglioramento delle proprietà di smorzamento di compositi laminati con interposizione di nanotubi di carbonio

Informazioni tesi

  Autore: Francesca Epifania
  Tipo: Laurea liv.I
  Anno: 2011-12
  Università: Università degli Studi di Roma La Sapienza
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingengeria Aerospaziale
  Relatore: Walter Lacarbonara
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 108

Il presente lavoro verterà sul miglioramento delle capacità dissipative di un laminato composito a base di fibre di carbonio attraverso l'interposizione di strati di materiale a base di nanotubi di carbonio. E' stato osservato infatti che grazie al meccanismo dello stick-slip i compositi a base di CNTs presentano ottime caratteristiche smorzanti. L'interesse in questi materiali è grande sia per le applicazioni civili che per quelle aerospaziali. Date le grande proprietà smorzanti infatti se ne propone l'utilizzo sulla fusoliera degli aeromobili e sulle gondole motore in modo da assorbire il rumore generato da questi oppure sulle solette dei longheroni delle strutture alari in modo da assorbire le vibrazioni dovute al fenomeno del flutter.
Dalle teorie sulle inclusioni di Eshelby e di Mori-Tanaka e stato possibile estrarre un modello matematico semplificato (basato sul modello dello smorzamento di Kelvin-Voigt). Con questo sono stati descritte varie configurazioni di laminato differenti per ordine di laminazione tra lamine a base di fibra di carbonio e lamine a base di CNTs nonchè per l'orientazione delle stesse. Per fare un confronto con i materiali compositi tradizionali si sono proposti anche modelli interamente realizzati di materiale a base di fibra di carbonio con le stesse configurazioni affinchè il confronto fosse più efficace.
E' stata condotta un'analisi modale in modo da validare il modello e da avere una base per i successivi studi.
Dalle analisi in frequenza è emerso che le ampiezze raggiunte sono molto più contenute rispetto al caso del modello costituito interamente da materiale a base di fibre di carbonio e che la differenza percentuale può raggiungere anche il $97\%$ nel caso di particolari orientazioni. Dalle analisi di risposta nel tempo è emerso invece che i compositi con interposizione di materiale a base di nanotubi di carbonio presentano diminuzioni più repentine dell'ampiezza dell'oscillazione dello spostamento rispetto al caso del modello costituito interamente da composito a base di fibra di carbonio. Si nota che nel caso di interposizione di materiale con frazione volumetrica di CNTs pari al $20\%$ il comportamento dissipativo migliora. Si sono inoltre analizzate le frequenze che intervengono nella risposta dinamica in modo da osservare l'accoppiamento dei modi propri di vibrazione.

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Capitolo 1 Compositi a nanotubi di carbonio 1.1 Introduzione La progettazione di materiali compositi multifunzionali rappresenta una sda attuale nel campo dell’ingegneria dei materiali. Negli ultimi anni la sco- perta dei nanotubi di carbonio (CNTs) ha rappresentato una svolta in questo senso: grazie alle loro ottime caratteristiche sono stati immediatamente adot- tati come rinforzo per materiali compositi nanostrutturati a matrice polime- rica. I CNTs non sono caratterizzati solo da ottime qualit a meccaniche ma presentano allo stesso tempo interessanti propriet a termiche ed elettriche che hanno favorito la loro applicazione ad esempio nel campo dell’elettronica: lo studio dei componenti elettronici integrati vede come protagonisti i CNTs per quanto concerne ad esempio la realizzazione di transistor di dimensioni molto contenute. L’ambito di nostro interesse sar a tuttavia quello dello studio delle caratteristiche meccaniche dei materiali compositi a base di CNTs. Tra le ca- ratteristiche meccaniche pi u sorprendenti dei CNTs risiede la loro capacit a di assorbire e dissipare energia (damping) che rende interessanti le loro applica- zioni nei settori dell’ingegneria aerospaziale, meccanica e civile. La capacit a di smorzamento diventa fondamentale nel caso di componenti dinamici e con- ferisce maggiore stabilit a e adabilit a alla struttura. Da ci o discende il grande interesse nello studio dei materiali compositi nano- strutturati a base di nanotubi di carbonio.

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Parole chiave

vibrazioni
composito
smorzamento
nanotubi di carbonio
risposta in frequenza
frf
coefficiente di smorzamento
cnt
piastre
risposta dinamica

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