Milano - 12 dicembre 2007
SMART STRUCTURES: Tipologie, tecnologie ed
applicazioni
Paolo Bettini
Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale
Politecnico di Milano
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Influenza dell’Industria Aeronautica
Materiali
compositi
Nuove
filosofie di
progettazione
(SAFELIFE, FAIL SAFE)
STRUCTURAL
WEIGHT
Damage tolerance
Current
technology
Strutture più leggere ed efficienti
COST
Ispezioni più frequenti
Obbiettivi
Milano – 12 dicembre 2007
Sviluppo di nuovi
materiali e tecnologie
2
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Convertiplano Agusta BA 609
Materiali compositi
Largo
impiego di composito in fibra di
STRUCTURAL
carbonio
WEIGHT
Current
technology
COST
Obbiettivi
Milano – 12 dicembre 2007
3
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Boeing 787
Materiali compositi
Primo aereo civile con fusoliera in
carbonio
Milano – 12 dicembre 2007
4
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Formula 1
Materiali compositi
Telaio e superfici aerodinamiche in
carbonio
Milano – 12 dicembre 2007
5
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
GLARE su Airbus A380
Materiali
Materialiibridi
compositi
(FML)
Pannelli di rivestimento fusoliera
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6
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Smart Structures
SMART
STRUCTURE
Composite
Host material
Proprietà meccaniche
+
Proprietà funzionali
Sensor
Actuator
Controllo di forma
Smorzamento vibrazioni
Health monitoring
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7
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Materiale
Corpo umano
ospite
Nervi
Sensori
Smart Structures
Muscoli
Attuatori
Proprietà meccaniche
+
Proprietà funzionali
Sistema
Cervello
elaborazione dati
Monitorare
le grandezze
interessate
ANALOGIA
COL CORPO
Elaborare le informazioni ricevute
UMANO
Reagire tramite
un sistema di attuazione
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Controllo di forma
Smorzamento vibrazioni
Health monitoring
8
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Sensori
Attuatori
Come sono fatti, come funzionano?
Realizzati sfruttando le proprietà di alcuni materiali
in grado di reagire a degli stimoli esterni variando
alcune proprie caratteristiche
Input, stimolo
Output, risposta
SMART MATERIALS
Milano – 12 dicembre 2007
9
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
SENSORI
SMART MATERIALS ATTUATORI
Esempio: L’effetto piezoelettrico diretto
Curie scoprì che il quarzo sottoposto ad uno stress
Accoppiamento
meccanico-elettrico: sensore
meccanico esibisce una carica elettrica in superficie.
Input (stress)
Output (DV)
F>0
Milano – 12 dicembre 2007
10
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
SENSORI
SMART MATERIALS ATTUATORI
Esempio: L’effetto piezoelettrico inverso
Accoppiamento elettro-meccanico: attuatore
Stimolo (DV)
Milano – 12 dicembre 2007
Risposta (e)
11
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
SENSORI
SMART MATERIALS ATTUATORI
Esistono molteplici tipologie: classificazione
Classificazione in base al principio di funzionamento
Cambiamento di una
o più proprietà
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Trasformazione di
energia
12
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
SENSORI
SMART
CLASSIFICAZIONE
MATERIALS ATTUATORI
Esistono molteplici tipologie: classificazione
Classificazione in base al principio di funzionamento
Cambiamento di una
o più proprietà
Milano – 12 dicembre 2007
Trasformazione di
energia
13
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
CLASSIFICAZIONE
Cambiamento di una
o più proprietà
Trasformazione di
energia
Tipologia
Input/stimolo
Output/risposta
Termocromici
D temperatura
Variazione colore
Esempi:
Termografia
Termometri
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Vetri fotocromatici
14
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
SENSORI
CLASSIFICAZIONE
Cambiamento di una
o più proprietà
Trasformazione di
energia
Tipologia
Input/stimolo
Output/risposta
Termocromici
D temperatura
Variazione colore
Meccanocromici
Deformazione
Variazione colore
Chemocromici
D concentrazione ch.
Variazione colore
Fotocromici
Radiazione (luce)
Variazione colore
Deformazione
Variazione proprietà
segnale ottico
Fibre ottiche
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15
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
SENSORI
CLASSIFICAZIONE ATTUATORI
Cambiamento di una
o più proprietà
Trasformazione di
energia
Tipologia
Input/stimolo
Output/risposta
Elettro/Magneto
reologici
D Campo
Elettrico/Magnetico
Variazione viscosità
Esempi:
Giunti anti-vibrazione
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Assorbitori - smorzatori
16
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
CLASSIFICAZIONE ATTUATORI
Cambiamento di una
o più proprietà
Trasformazione di
energia
Tipologia
Input/stimolo
Output/risposta
Termo-luminescenti
D temperatura
Emissione luce
Elettro-luminescenti
D campo elettrico
Emissione luce
Chemo-luminescenti
D concentrazione ch.
Emissione luce
Foto-luminescenti
Radiazione (luce)
Emissione luce
Foto-voltaici
Radiazione (luce)
D Potenziale elettrico
Leghe a memoria di
forma
D temperatura, D sforzo
Deformazione
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17
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
SENSORI
CLASSIFICAZIONE ATTUATORI
Cambiamento di una
o più proprietà
Trasformazione di
energia
Tipologia
Input/stimolo
Output/risposta
Piezoelettrici
Deformazione
D Potenziale elettrico
Piroelettrici
D temperatura
D Potenziale elettrico
Termoelettrici
D temperatura
D Potenziale elettrico
Magnetostrittivi
Deformazione
Campo magnetico
Elettrostrittivi
Deformazione
D Potenziale elettrico
Milano – 12 dicembre 2007
18
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Smart Structures
SMART
STRUCTURE
Perché inglobare sensori ed
attuatori?
Composite
Host material
Invasività sul
materiale
ospite
Sensor
Actuator
Accuratezza
delle misure dei
trasduttori
Milano – 12 dicembre 2007
Autorità
degli
attuatori
19
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Smart Structures
SMART
STRUCTURE
Quali sono i sensori e gli
attuatori adatti ad essere
inglobati?
Composite
Host material
Sensor
Actuator
Quali sono le problematiche
tecnologiche connesse al
loro inglobamento?
Milano – 12 dicembre 2007
20
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
LA SCELTA
dipende da molti fattori:
Morfologia
Compatibilità con materiale
ospite
Invasività (passiva e attiva)
Smart Structures
INGLOBABILITA’
Prestazioni
(dipendenti da applicazione)
Milano – 12 dicembre 2007
21
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
LA SCELTA
dipende da molti fattori:
Sensori
Fibre ottiche, Piezoelettrici
Attuatori
Leghe a memoria di forma,
Piezoelettrici
Milano – 12 dicembre 2007
Smart Structures
Scelta materiale
ospite
Grafite/Vetro/Kevlar
+
Resina epoxy
(Tp 130÷180 C)
PRE-PREG
22
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Le Fibre Ottiche
Coating
Core
Cladding
Diametro esterno 140÷250 micron
Funzionamento
Core e Cladding con
indici di rifrazione diversi
Deformazione
Waveguide per propagazione
segnale luminoso
Variazione delle caratteristiche
segnale ottico
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23
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Le Fibre Ottiche
Esistono più architetture ottiche:
 a modulazione di ampiezza
 a modulazione di fase
 a modulazione di frequenza
FBGS (Fibre Bragg Grating Sensor)
 misure puntuali
 elevata accuratezza e precisione
 ottima risluzione e sensibilità (3-5me)
 multiplexing
 misure non risentono dei disturbi elettro-magnetici
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24
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
FBGS (Fibre Bragg Grating Sensor)
Cold-writting
technique
Lunghezza
d’onda a riposo
1550 nm
Dimensione reticolo
5 mm
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25
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
FBGS (Fibre Bragg Grating Sensor)
Se reticolo si deforma
Variano passo reticolare
e indice rifrazione
Varia lunghezza d’onda luce riflessa
Milano – 12 dicembre 2007
26
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
FBGS (Fibre Bragg Grating Sensor)
Sorgente infrarossa a
banda larga
Spettro del segnale di
Bragg trasmesso
Fibra ottica
LED
Accoppiatore

Analizzatore
di spettro
Lunghezza sensibile
Spettro del segnale di
 Bragg riflesso
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Bragg grating realizzato nel core
27
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
I Piezoelettrici
Si utilizzano ceramiche sinterizzate con struttura policristallina
Piombo Zirconato-Titanato
(PZT)
(b)
Momenti di dipolo
elettrico a risultante nulla
Bario Titanato
E
(a)
Microdomìni
Piombo Zirconato
E
E
(a)
Piombo Titanato
(a)
(b)
(c)
Polarizzazione
E costante per
tempo fissato
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(b)
(c)
(c)
Materiale polarizzato
Momenti di dipolo elettrico
rimangono orientati grazie
elevata costante dielettrica
28
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
I Piezoelettrici (PZT)
Esistono più tipologie:
Monolitici
Fascio di fibre parallele
Sfruttano effetto d31
Spessore 127 micron
Sfruttano effetto d33
Flessibili
Milano – 12 dicembre 2007
29
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
I Piezoelettrici (PZT)
Fascio di fibre parallele
Milano – 12 dicembre 2007
30
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
I Piezoelettrici (PZT)
Elettrodi per effetto d31
Milano – 12 dicembre 2007
Elettrodi per effetto d33
31
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Le Leghe a Memoria di Forma
Struttura cristallina
AUSTENITE
Fase genitrice:
struttura cubica B2 a corpo centrato,
stabile ad alte temperature
MARTENSITE
Fase prodotto:
struttura monoclina B19’, stabile a
basse temperature (α≠90°, β=γ=90°)
TWINNED
(martensite non orientata; 24 possibili orientazioni)
DETWINNED (martensite orientata)
FASE-R
Fase intermedia:
struttura romboedrica R, presente
solo dopo determinati trattamenti
termici
(α,β,γ≠90°)
Milano – 12 dicembre 2007
32
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Le Leghe a Memoria di Forma
Comportamento
microscopico
Trasformazione martensitica:
sforzo e temperatura influenzano la
trasformazione
enucleazione e propagazione localizzata
di microscopici piani di interfaccia tra le
fasi (habit plane) => reversibile
non diffusiva con movimento coordinato
degli atomi => istantanea
Isteresi:
MF
As
Temperature di trasformazione
energia
dissipata
in un ciclo
As temperatura di inizio austenite
AF temperatura di fine austenite
Ms temperatura di inizio martensite
MF temperatura di fine martensite
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Ms
AF
33
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Le Leghe a Memoria di Forma
Comportamento
macroscopico
MEMORIA DI FORMA A 1 VIA
Deformazione
T < Mf
Riscaldamento
T < Mf
Milano – 12 dicembre 2007
Raffreddamento
T > Af
T < Mf
34
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Le Leghe a Memoria di Forma
Comportamento
macroscopico
MEMORIA DI FORMA A 2 VIA
Raffreddamento
Riscaldamento
Deformazione
Riscaldamento
T < Mf
T < Mf
Milano – 12 dicembre 2007
T > Af
T < Mf
35
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Le Leghe a Memoria di Forma
Comportamento
macroscopico
SUPERELASTICITA’
Carico
T > Af
Scarico
T > Af
T > Af
Esistono 2 tipologie inglobabili:
Fili (diametro 0,01÷0,5 mm)
Strisce (dimens. 0,1x2,5 mm)
Milano – 12 dicembre 2007
36
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
ASPETTI
TECNOLOGICI
Smart Structures
Preparazione sensori/attuatori all’inglobamento
Sviluppo tecniche di inglobamento
Capacità di trasferimento del carico
Invasività
Sviluppo strumenti di simulazione numerica per la
progettazione
Caratterizzazione per validazione tecnologia
Milano – 12 dicembre 2007
37
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Aspetti tecnologici
(preparazione all’inglobamento)
PZT necessità di averli delle dimensioni in pianta necessarie.
TAGLIO
ECHING
Milano – 12 dicembre 2007
SALDATURA
38
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Aspetti tecnologici
(preparazione all’inglobamento)
PZT necessità di averli delle dimensioni in pianta necessarie.
TAGLIO
ECHING
Milano – 12 dicembre 2007
SALDATURA
39
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Aspetti tecnologici
(preparazione all’inglobamento)
PZT necessità di averli delle dimensioni in pianta necessarie.
TAGLIO
ECHING
Milano – 12 dicembre 2007
SALDATURA
40
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Aspetti tecnologici
(preparazione all’inglobamento)
NiTiNOL necessità cicli di allenamento per 1a via e 2a via
OWSM Training
1.
2.
Dare al materiale la forma desiderata;
Trattamento termico (circa 450°C per 3 minuti)
mantenendo i fili nella forma desiderata ma liberi di
allungarsi/accorciarsi.
Risultato:
Per essere inglobati in un
pannello piano I fili devono
essere dritti
prima
dopo
Milano – 12 dicembre 2007
41
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Aspetti tecnologici
(preparazione all’inglobamento)
NiTiNOL necessità cicli di allenamento per 1a via e 2a via
TWSM Training
1.
2.
3.
4.
5.
Scaldare (105°C) sopra Af per portare il materiale in fase austenite;
Deformare (max 6%) per ottenere martensite indotta da sforzo;
Raffreddare (25°C) sotto Mf vincolando I fili allo stato deformato;
Scaldare per recuperare la forma originaria indeformata;
Ripetere la sequenza almeno 10 volte.
Milano – 12 dicembre 2007
42
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Aspetti tecnologici
(preparazione all’inglobamento)
Dopo l’allenamento le temperature di
trasformazione e le proprietà meccaniche
possono essere cambiate
Necessità di prove
caratterizzazione
Differential Scanning Calorimeter Analysis (ASTM F2004-03)
OWSM
AS=53°C
AF=62°C
TWSM
MF=32°C
MS=44°C
Flow [mW] (exo down)
per ottenere le temperature di
trasformazione
Heating
8
AS
3
-2 0
20
40
MF
Cooling
AF
60
80
100
120
140
MS
-7
T [°C]
-12
Milano – 12 dicembre 2007
43
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Aspetti tecnologici
(preparazione all’inglobamento)
Dopo l’allenamento le temperature di
trasformazione e le proprietà meccaniche
possono essere cambiate
Prove statiche di trazione
(ASTM E111-97)
Necessità di prove
caratterizzazione
1200
Stress [MPa]
1000
800
600
EA=61GPa
400
EM=19GPa
200
0
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0,14
Strain [mm/mm]
Martensite
Milano – 12 dicembre 2007
Austenite
44
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Aspetti tecnologici (inglobamento FO)
1° Problema:
Laminato
composito
bassa resistenza a sforzi di taglio
Zona critica: uscita dal pannello
resina fluida scorre per capillarità
polimerizza attorno alla fibra
Resina
Fibra
pressione elevata
vincolo meccanico
fibra resa fragile
Milano – 12 dicembre 2007
45
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Aspetti tecnologici (inglobamento FO)
Soluzione:
Tubetti in teflon
(diametro interno 0,2mm)
+
Resina bi-componente
Milano – 12 dicembre 2007
46
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Aspetti tecnologici (inglobamento FO)
Milano – 12 dicembre 2007
47
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Aspetti tecnologici (inglobamento FO)
Milano – 12 dicembre 2007
48
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Aspetti tecnologici (inglobamento FO)
2° Problema:
Fibra ottica esce dal bordo del
laminato
Soluzione difficilmente
praticabile nelle applicazioni
Necessità di sviluppare una
tecnica di inglobamento con
Fibra Ottica che esce da faccia
superiore/inferiore
Milano – 12 dicembre 2007
49
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Aspetti tecnologici (inglobamento FO)
Soluzione adottata:
Stampo con tassello
Milano – 12 dicembre 2007
50
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Aspetti tecnologici (inglobamento FO)
Soluzione adottata:
Milano – 12 dicembre 2007
51
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Aspetti tecnologici (inglobamento FO)
Milano – 12 dicembre 2007
52
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Aspetti tecnologici (inglobamento FO)
3° Problema:
Il non allineamento della FO con le fibre di rinforzo può deformare il sensore.
Angle ply
Ciò altera lo spettro del segnale
Milano – 12 dicembre 2007
53
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Aspetti tecnologici (inglobamento FO)
Soluzioni adottate:
Cuscini Elastomerici
Una pelle a 0°
[0°]
FBGS
Quick-Pack
GFRP tessuto
0,1mm
Quick-Pack
[±45°]
FO inglobata
nella pelle a 0°
NO
deformazione
Milano – 12 dicembre 2007
FO inglobata tra 2
sottili pelli di tessuto
polimerizzato a
bassa pressione
54
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Aspetti tecnologici (inglobamento FO)
4° Problema:
Per garantire la capacità di trasferimento del carico non devono esserci
deformazioni del coating
Standard FO ha coating in acrilico.
Tg circa
86°C
Incompatibilità
con i cicli di
polimerizzazione
Milano – 12 dicembre 2007
55
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Aspetti tecnologici (inglobamento FO)
Soluzioni adottate:
FO con poly-imide coating
Tg circa 187°C
Quick-Pack
Spessore
inferiore coating
Milano – 12 dicembre 2007
56
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Aspetti tecnologici (inglobamento PZT monolitiche)
Problemi:
Conduzione con materiale ospite in fibra di carbonio
Presenza saldature e fili elettrici
Locale aumento
della temperatura
Parziale
depolarizzazione
Picco di pressione
localizzato
Milano – 12 dicembre 2007
Rottura della
piastrina
57
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Aspetti tecnologici (inglobamento PZT monolitiche)
Soluzioni adottate:
Sottile film di adesivo conduttivo
Quick-Pack in GFRP
isola elettricamente
Saldatura
esterna al PZT
Polimerizzazione tra cuscini in gomma
Cuscini in gomma
Pressione
uniforme
PZT
GFRP
Milano – 12 dicembre 2007
58
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Aspetti tecnologici (inglobamento PZT monolitiche)
Soluzioni adottate:
Sottile film di adesivo conduttivo
Quick-Pack in GFRP
isola elettricamente
Saldatura
esterna al PZT
Polimerizzazione tra cuscini in gomma
Cuscini in gomma
Pressione
uniforme
PZT
GFRP
Milano – 12 dicembre 2007
59
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Aspetti tecnologici (inglobamento PZT monolitiche)
Milano – 12 dicembre 2007
60
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Aspetti tecnologici (inglobamento PZT in fibre)
Il limite dei PZT monolitici è la non inglobabilità in laminati curvi
PZT in fibra (Micro Fibre Composite)
Milano – 12 dicembre 2007
61
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Aspetti tecnologici (inglobamento PZT in fibre)
PZT in fibra (Micro Fibre Composite)
Adattate tecniche sviluppate per PZT monolitici
Attività in corso:
Messa a punto tecniche
inglobamento in pannelli a
semplice curvatura
Milano – 12 dicembre 2007
62
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Aspetti tecnologici (inglobamento NiTiNOL)
Durante laminazione
Post polimerizzazione
Filo predeformato a trazione e tenuto
in trazione durante polimerizzazione
Mediante inglobamento di
manicotti in gomma vulcanizzata
Problema:
Interfaccia debole
Problema:
Trasferimento carico mediante
struttura esterna
Filo NiTiNOL
Manicotto
Milano – 12 dicembre 2007
Composito
63
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Aspetti tecnologici (inglobamento NiTiNOL)
Durante laminazione
Filo predeformato a trazione e
tenuto in trazione durante
polimerizzazione
Necessità attrezzatura
dedicata
- Morsetti x Pre-tensionare i fili
- Cornice x finitura superficiale
Milano – 12 dicembre 2007
64
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Aspetti tecnologici (inglobamento NiTiNOL)
Attualmente sviluppo Tecnica mista con terminali
inglobati all’estemità del pannello
Milano – 12 dicembre 2007
65
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Interfaccia (sensori/attuatori – materiale ospite)
Determinazione del massimo carico trasferibile senza degrado dell’interfaccia
NiTiNOL
Fibra ottica
Pull out
Milano – 12 dicembre 2007
66
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Interfaccia (NiTiNOL – materiale ospite)
Determinazione del massimo carico trasferibile senza degrado dell’interfaccia
Curva forza-spostamento
Curva forza-spostamento
16
14
14
12
12
forza [N]
forza [N]
10
8
6
10
8
6
4
4
2
2
0
0
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
spost [mm]
Pull-out prova 2
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
spost [mm]
Pull-out prova 13
Curve forza-spostamento:
cedimento progressivo (a) e subitaneo (b) dell’interfaccia
Curva (a): rottura progressiva dell’interfaccia, seguita da uno sfilamento completo
Curva (b): cedimento subitaneo dell’interfaccia, che precede un lento sfilamento
Milano – 12 dicembre 2007
67
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Interfaccia (NiTiNOL – materiale ospite)
Sforzo di taglio all’interfaccia tISS o IFSS (Interfacial Shear Stress):
t ISS
FMAX

 d l
Curva globale forza massima di
cedimento interfacciale-lunghezza di
inglobamento
Forza massima-lunghezza inglobata
FMAX [N]
35
30
25
20
Sforzo medio-lunghezza inglobata
15
5
10
5
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
LINGL [mm]
Pull-out Resina-NiTiNOL
Curva finale sforzo medio di taglio di
rottura all’interfaccia-lunghezza di
inglobamento
Milano – 12 dicembre 2007
sforzo medio [MPa]
4,5
4
3,5
3
2,5
MPa
2,5
2
1,5
1
0,5
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
LINGL [mm]
68
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Interfaccia (Fibre ottiche – materiale ospite)
Poly-imide
FO coating poly-imide
Coating Acrilico
FO coating
acrilico
30
5
25 N tR=64MPa
25
4,3 N tR=11MPa
4.5
4
Rottura
subitanea
15
Rottura
subitanea
3.5
3
Forza [N]
Forza [N]
20
10
2.5
2
1.5
5
1
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
-5
0.5
0
Spostamento[mm]
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
Spostamento [mm]
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69
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Applicazioni
Mediante realizzazione dimostratori
tecnologici
Ruota di reazione
Supporto
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70
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Applicazioni
Supporto ruota reazione satellite HIPSEO
Smorzatore
passivo esterno
Smorzatore attivi
PZT inglobati nel
supporto
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71
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Applicazioni
Supporto ruota reazione satellite HIPSEO
Milano – 12 dicembre 2007
72
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Applicazioni
Supporto ruota reazione satellite HIPSEO
Milano – 12 dicembre 2007
73
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Applicazioni
Manipolatore flessibile per esperimento su
EXPA della stazione spaziale internazionale
camera
Bersaglio
Motori
elettrici
Interfaccia
con EXPA
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74
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Applicazioni
Manipolatore flessibile per esperimento su
EXPA della stazione spaziale internazionale
Prestazioni
migliorano con
controllo attivo
Sensori FBGS
Attuatori PZT
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75
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Applicazioni
Monitoraggio strutturale pale di elicottero
Milano – 12 dicembre 2007
76
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Applicazioni
Monitoraggio strutturale pale di elicottero
Sensori FBGS inglobati
nel longherone e nel
bordo d’uscita
Milano – 12 dicembre 2007
77
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Applicazioni
Monitoraggio strutturale pale di elicottero
Milano – 12 dicembre 2007
78
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Applicazioni
Monitoraggio ciclo produttivo
Monitoraggio provino
bordo d’uscita pala
Fase inglobamento
Quick-Pack
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79
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Applicazioni
Monitoraggio ciclo produttivo
Polimerizzazione
Quick-Pack
Incollaggio talloni
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80
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Monitoraggio ciclo produttivo
Applicazioni
Possibilità di valutare stress residui
2000
140
Andamento
deformazioni – fasi di
lavorazione
Deformazioni
Temperatura
1500
120
80
60
500
Temperatura [°C]
1000
40
0
20
en
d
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0
a
-500
FO
Microepsilon
100
81
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Applicazioni
Controllo di forma e attuazione
mediante attuatori in NiTiNOL
In corso collaborazione FERRARI GS
 Controllo di forma paratie per apertura-chiusura prese di raffreddamento
 Attuatore per apertura portello carburante
L’idea è quella di avere
attuazione sfruttando
le fonti di calore
presenti sulla vettura
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82
SMART STRUCTURES: Tipologie, Tecnologie ed Applicazioni
Applicazioni
Controllo di forma e attuazione
mediante attuatori in NiTiNOL
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