Meccanica dei materiali

La meccanica dei materiali è la scienza che consente un uso strutturalmente appropriato dei nuovi e antichi materiali che l’innovazione tecnologica o la tradizione mettono a disposizione. In questo settore sono attive ricerche nei seguenti campi:

Teorie multicampo per il comportamento meccanico dei materiali. (Fabrizio Davì)

In questo ambito di ricerca ci si propone di modellare, alla scala mesoscopica, il comportamento meccanico di materiali dotati di struttura cristallina per mezzo delle teorie dei continui con struttura con parametro d’ordine vettoriale o scalare. Il filone principale di investigazione riguarda i materiali ferroelettrici, con l’obiettivo di fornire una descrizione continua di fenomeni non continui. Lo scopo è quello di ottenere una modellazione che leghi i risultati classici della fisica dello stato solido per questi materiali, con le modellazioni alla scala macroscopica tipiche ad esempio dei modelli di calcolo agli elementi finiti.

Nel dettaglio le ricerche svolte si articolano nei seguenti temi:

Comportamento elettromeccanico di materiali ferroelettrici, con particolare riferimento a fenomeni di "polarization reversal" per applicazioni a Sistemi Micro-Elettromeccanici (MEMS).
Domini di polarizzazione, geminati strutture di dominio e loro dimensioni viste sia da un punto di vista algebrico (teoria dei gruppi) che analitico (minimizzatori assoluti e relativi delle energie cristallografiche. Modelli mesoscopici continui di energie interfacciali derivati dalla fisica dello stato solido ed analisi del ruolo delle auto-energie di depolarizzazione sulle dimensioni caratteristiche dei domini.
Sviluppo di relazioni constitutive macroscopiche per materiali ferroelettrici, piezoelettrici e piezomagnetici e studio delle relazioni tra gli aspetti algebrici dei gruppi cristallografici e la natura dei minimizzatori di potenziali non convessi di Landau-Devonshire.
Relazioni costitutive ed equazioni di bilancio per materiali elettro- ed elasto-ottici. Problemi di modellazione nano meccanica per materiali fotostrittivi.

Comportamento meccanico della terra cruda. (Stefano Lenci, Enrico Quagliarini)

Sono state condotte delle campagne sperimentali e delle simulazioni teoriche atte a determinare l’affidabilità strutturale della terra cruda. Sono stati sottoposti a sperimentazione cubetti, mattoni, e muretti per individuare l’effetto della scala sulla resistenza del materiale. Sono state applicate sollecitazioni normali e sollecitazioni taglianti, che simulano l’eccitazione sismica e quindi consentono di fare valutazioni in ordine al comportamento di tali materiali in presenza di terremoti. Sono state condotte prove di propagazione della fessura per valutare la resistenza al danneggiamento di questi materiali.

L’obiettivo di questa ricerca è di migliorare le conoscenze di questo materiale dalle notevoli potenzialità strutturali (si pensi agli edifici di 10 piani in Yemen), sostenibile da un punto di vista ecologico ed economico, usato nel passato (fin dall’epoca dei Romani), in epoche recenti ed anche attualmente, non solo nei paesi in via di sviluppo (esistono in Italia molte case in terra cruda comunemente abitate), che deve solo vincere il pregiudizio della modernità per potersi aprire ad inattese applicazioni.

Meccanica della frattura e del danno. (Giovanni Lancioni, Stefano Lenci)

Sono stati sviluppati modelli di tipo variazionale, sia a livello teorico che numerico, ed è stato studiato il comportamento fessurativo all’interfaccia tra solidi. Sono state condotte campagne sperimentali per la determinazione delle caratteristiche di resistenza alla frattura e di propagazione del danno.

Questi studi servono soprattutto, ma non solo, nel campo dei materiali innovativi quali i compositi, che sono particolarmente suscettibili al danneggiamento e quindi il loro utilizzo consapevole non può prescindere dalla capacità di prevederne il comportamento. Sono interessate a queste ricerche le ditte produttrici di materiali compositi di ogni genere.

Materiali compositi. (Stefano Lenci, Michele Serpilli)

Studio del comportamento meccanico di laminati, di fibrorinforzati a fibra lunga e corta, modelli per l’omogenizzazione, analisi del comportamento strutturale delle interfacce materiali.

Modelli per i materiali a memoria di forma. (Stefano Lenci)

Sono stati utilizzati dei modelli per il comportamento meccanico di materiali a memoria di forma per applicazioni di tipo strutturale (dissipatori sismici), edilizio (parasole ad inclinazione variabile) e tecnologico (ventilatori autoregolanti).

Gruppo di ricerca

Fabrizio Davì

Stefano Lenci

Giovanni Lancioni

Michele Serpilli

Enrico Quagliarini (Sezione Costruzioni)

Francesco Clementi

Tomasz Sadowski (Technical University of Lublin)

Marcin Knec (Technical University of Lublin)

Marco Formentini (Dottore di Ricerca)