Materiali innovativi per elementi Materiali innovativi per elementi strutturali e per le costruzioni strutturali e per le costruzioni Ricerche in corso presso il Ricerche in corso presso il Dipartimento di Ingegneria Strutturale Dipartimento di Ingegneria Strutturale

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2INDICE DELLA PRESENTAZIONE

I progetti di ricerca sui materiali compositi

• Dalle strutture in composito al materiale

• Modelli previsivi per compositi a fibra tessile e per tessuti tecnici

• Materiali innovativi

•per rinforzi strutturali

•per appoggi strutturali

•per dissipatori antisismici

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3I LUOGHI

Dipartimento diIngegneria Strutturale

Laboratorio Prove Materiali

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4LE ATTREZZATURE DI PROVA

Macchine per prove meccaniche Carico max 5000 kN compressione

3000 kN trazione

Carico minimo 0.01 N

Torsione 1000 Nm

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5

Textile Composites Technical textiles

•Le proprietà meccaniche di materiali compositi e di tessuti tecnici possono essere studiate e previste mediante modelli numerici fornendo solo le caratteristiche meccaniche dei componenti.

•Le caratteristiche meccaniche del composito possono essere utilizzate per modelli di elementi strutturali di cui si vogliono analizzare aspetti meccanici

COMPOSITE MATERIALS

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6

Measurement of the in-plane and transversal yarns geometryScansion Electronic Microscopy (SEM)

Cross-section of weft fibers ( = 34 m)

textile (150.34)

30 m20 m

Cross-section of warp fibers ( = 34m)

20 m

Cross-section of warp fibers ( = 64 m)

30 m

Cross-section of weft fibers ( = 64 m)

30 m

textile (62.64)

100 m

TECHNICAL TEXTILES

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7

Cross-section of warp fibers (150.34) Cross-section of weft fibers(150.34)

Measurement of the in-plane and transversal yarns geometry

Optical Microscopy (OM)

Cross-section of warp fibers (62.64) Cross-section of weft fibers (62.64)

33 m

40 m

70 m

28 m33 m

40 m

70 m

28 m34 m

45 m

70 m

30 m34 m

45 m

70 m

30 m

73 m

56 m

148 m

47 m

73 m

56 m

148 m

47 m

70 m

62 m

146 m

48 m

70 m

62 m

146 m

48 m

TECHNICAL TEXTILES

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8

Unidirectional composite

2D textile composite

3D textile composite

Multilayer composite

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9

NUMERICAL MODELS

Composite materials

Technical Textiles500 microm/ 50500 microm/ 50

TECHNICAL TEXTILES

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10

Bending Test

ILSS TestShear Test

Tensile Test

Characterization of materials:experimental facilities

COMPOSITE MATERIALS

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11

BIAXIAL TENSILE TESTS

TECHNICAL TEXTILES

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12

Fatigue tests of joints for GRP marine pipes

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13

Buckling test of GRP elements for antennas

Fatigue tests of GRP elements

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14

I materiali innovativi nell’ingegneria civile

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15

Bending test of a timber beam reinforced with CFRP laminates

CFRP reinforcements for metallic structures

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16

Concrete reinforced by CFRP laminates

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17

INTERVENTI IN ZONA SISMICA

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18

INTERVENTI IN ZONA SISMICA

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19

INTERVENTI IN ZONA SISMICA

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Utilizzo di FRP per l’adeguamento antisismico

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Dispositivi antisismici

Applicazioni

• impedire che ulteriori carichi verticali vengano trasmessi alla struttura a causa dei movimenti del sisma;

• isolando orizzontalmente la base della struttura durante gli eventi sismici;

• assorbendo l’energia del sisma;

• assorbendo e dissipando le risposte della struttura all’energia del sisma.

Questi dispositivi meccanici difendono la struttura agendo in modo da:

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Appoggi da ponte

Applicazioni

Gli apparecchi di appoggio metallici a disco elastomerico sono progettati per sopportare combinazioni di carichi verticali, orizzontali, movimenti traslazionali e rotazioni.

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una struttura metallica concava in acciaio inossidabile

Friction Pendulum

elemento in materiale polimerico che consente di assecondare i movimenti e quindi dissipare l’energia del sisma

Applicazioni

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Caratterizzazione sperimentale degli elementi di scorrimento

UHMWPE

lubrificante

siliconico

Requisiti generali:

• basso coefficiente di attrito

• bassa usura

• elevata resistenza a compressione

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Omologazione e qualificazione di PTFE secondo EN 1337-2

0,0150,020+ 21°C

0,0200,0250°C

0,0300,040– 20°C

0,0400,050– 35°C

dyn,Ts,TTemp.

Coefficiente di attrito

0,00

0,01

0,02

0,03

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000percorso di scorrimento sx [m]

dyn

,T

+35°C +21°C 0°C -10°C-20°C -35°C

Omologazione PTFE: Prova di attrito a lungo termine (10242 m)

PTFE0 metri

PTFE10222 m

Elementi scorrevoli in PTFE

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26Instrumented Indentation

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27Imprint Mapping

P2

Atomic Force Microscope

or Laser Profilometer

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Indentation curves

Imprint mapping(by AFM)

FE Model

Computed quantities (functions of parameters)

Experimentaldata

DiscrepancyMinimization

(TR algorithm)

Unknown parameters

Inverse analysis

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Fracture

Self stresses

Film – Substrate interfaceBulk materials