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Materiali innovativi per elementi strutturali e per le costruzioni Ricerche in corso presso il...
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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
Prof. Ing. Carlo Poggi
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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20
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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23
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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25
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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29
Fracture
Self stresses
Film – Substrate interfaceBulk materials