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Ricerche in: Ingegneria Civile
Meccanica dei Materiali e delle Strutture
Ideazione e ottimizzazione di dispositivi per il recupero energetico da strutture vibranti
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Ideazione e ottimizzazione di dispositivi per il recupero energetico da strutture vibranti
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Giunzioni fra elementi strutturali in materiale composito
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Problemi unilaterali nella meccanica dei materiali e delle strutture
Meccanica di strutture tensintegre: modellazione, analisi e progetto attraverso approcci di meccanica non regolare; meccanica del contatto; risposta costitutiva unilaterale (materiali a comportamento bimodulare).   Principali prodotti: Maceri F, Vairo G (2012). Beams comprising unilateral material in frictionless contact: A  variational approach with constraints in dual spaces. In: Recent Advances in Contact Mechanics. Lecture Notes in Applied and Computational Mechanics, vol. 56, pp. 275-292, Springer (Berlin), ISBN: 978-3-642-33967-7, ISSN: 1613-7736, doi: 10.1007/978-3-642-33968-4_17 Maceri F, Marino M, Vairo G (2012). Equilibrium and stability of tensegrity structures: A convex analysis approach. Discrete and Continuous Dynamical Systems: Series S, ISSN: 1937-1632, doi: 10.3934/dcdss.2013.6.461 Maceri F, Vairo G (2011). Unilateral problems for laminates: A variational formulation with constraints in dual spaces. In: Trends in Computational Contact Mechanics. Lecture Notes in Applied and Computaional Mechanics, vol. 58, pp. 321-338, Springer (Berlin), ISBN: 978-3-642-22166-8, ISSN: 1613-7736, doi: 10.1007/978-3-642-22167-5_17 Maceri F, Marino M, Vairo G (2011). Convex analysis and ideal tensegrities. Comptes Rendus Mecanique 339:683-691, doi: 10.1016/j.crme.2011.07.009 Maceri F, Marino M, Vairo G (2011). Unilateral behavior of tensegrity structures: an algorithm for rigidity and pre-stressability evaluation. Proc. 2nd International Conference on Computational Contact Mechanics - ICCCM 2011. Hannover, Germany. Maceri F, Vairo G (2009). Anisotropic thin-walled beam models: a rational deduction from three-dimensional elasticity. Journal of Mechanics of Materials and Structures 4:371-394, doi: 10.2140/jomms.2009.4.371 Maceri F, Vairo G (2009). Laminates under unilateral conditions: A variational approach with constraints in dual spaces. Proc. 1th Int. Conference on Computational Contact Mechanics (ECCOMAS).
Validazione di modelli per l'instabilita` strutturale
l carico critico di un elemento strutturale snello viene determinato cercando il minimo valore della presollecitazione in corrispondenza del quale il problema incrementale ammette soluzioni non banali. Nella pratica ingegneristica, la formulazione del problema incrementale e` effettuata in due passaggi: 1) si ricavano, mediante riduzione dimensionale, le equazioni che governano l'equilibrio di un corpo a bassa dimensionalita`; 2) si linearizzano le equazioni ottenute in corrispondenza della configurazione presollecitata. La giustificazione rigorosa di tale procedura richiede di dimostrare vero che le soluzioni del problema dell'equilibrio del modello di corpo sottile sul quale viene effettuata la linearizzazione ben approssimano le soluzioni del problema dell'equilibrio tridimensionale, compito reso arduo dalle difficolta` insite nella riduzione dimensionale di problemi non lineari. In questa ricerca proponiamo di invertire l'ordine dei due passaggi, in modo da poter applicare le tecniche standard di riduzione dimensionale per problemi lineari. In altre parole, proponiamo seguente schema: 1) linearizzare, in corrispondenza della configurazione presollecitata, le equazioni che governano l'equilibrio di un corpo tridimensionale; 2) effettuare la riduzione dimensionale del problema cosi` ottenuto. Il problema della determinazione del moltiplicatore critico e` collegato a quello del calcolo della costante di Korn associata ad un dominio tridimensionale. Sull'argomento sono state prodotte le seguenti pubblicazioni:   R Paroni, G Tomassetti (2012) Asymptotically exact Korn's constant for thin cylindrical domains. C. R. Math. Acad. Sci. Paris, v. 350, pp. 749-752   R Paroni, G Tomassetti (2012) On Korn's constant for thin cylindrical domains. Mathematics and Mechanics of Solids, in stampa. DOI: 10.1177/1081286512465080  
Plasticita` con gradiente
  Su scale dell'ordine della frazione di micron, il modo in cui le proprieta` meccaniche di un campione di materiale metallico (es. rigidezza torsionale o flessionale) dipendono dalle sue dimensioni si discosta fortemente da quanto osservato su scala macroscopica. Al diminuire delle dimensioni del campione si osserva, in particolare, un aumento della tensione di snervamento e dell'indice di incrudimento. Le leggi di flusso delle teoria della plasticita` convenzionali, non facendo esplicitamente riferimento a scale intrinseche del materiale, sono incapace di cogliere questo tipo di fenomeni. Sono a tal scopo state proposte delle teorie, dette "di plasticita` con gradiente", in cui la legge di flusso e` una equazione differenziale non di tipo ordinario, ma alle derivate parziali, nella quale appaiono esplicitamente le derivate della parte plastica del tensore della deformazione.   In questo progetto si ricercano soluzioni analitiche di alcuni problemi che replicano le prove meccaniche (es. micro-torsione, micro-flessione) di norma condotte nelle indagini sperimentali sui fenomeni di scala in plasticita` dei metalli. Il punto di partenza e` la teoria proposta di plasticita` con gradiente sviluppata da Morton Gurtin (Carnegie-Mellon University) nel 2004, successivamente rielaborata dallo stesso Gurtin assieme a Lallit Anand (MIT). Il modello di Gurtin-Anand contiene due scale materiali: una scala energetica  (SE) ed una scala dissipativa (SD). La scala energetica determina la densita` di energia legata dovuta al gradiente della deformazione plastica. L'altra scala, come suggerito dal nome, specifica la dipendenza della densità di dissipazione (associata al moto delle dislocazioni) dal gradiente della velocita` di deformazione plastica.  
ANALISI DELLE CONDIZIONI DI SICUREZZA DELLA STRUTTURA PORTANTE DELL'ANFITEATRO FLAVIO
Oggetto di tale ricerca ? lo studio del comportamento delle strutture del Colosseo in presenza di carichi verticali ed orizzontali. La valutazione delle condizioni di sicurezza dell'Anfiteatro Flavio in presenza di carichi verticali, costituiti dai pesi propri e dai carichi accidentali agenti sugli ambulacri, cos? come, pi' in generale, la ricerca dei vari possibili modi di deformazione e spostamento delle strutture del Colosseo nella sua configurazione originaria, costituisce un tema di analisi di notevole rilevanza. Infatti, la ricerca ha lo scopo di determinare in modo quantitativo i livelli di resistenza disponibili nella struttura attraverso l'applicazione dell'analisi limite adattata alle strutture murarie, in particolare attraverso il teorema cinematico secondo la formulazione classica di Heyman[1,2]. Alla base di tale metodologia ? l'ipotesi di materiale murario non reagente a trazione, ipotesi sistematicamente applicata nella ricerca della resistenza delle strutture murarie. Da tale analisi si evidenzia come il comportamento della struttura del Colosseo pu? essere assimilato a quello di una grande cupola muraria, individuando cos? un altro aspetto specifico ed originale del funzionamento di tale struttura.La ricerca si ? articolata in pi' fasi: a) caratterizzazioni di sintesi delle diverse tipologie delle diverse tipologie murarie presentib)
Analisi e progetto di sistemi 'tensegrity' per strutture adattive
Nota: questa ricerca e` stata finanziata anche nell'ambito del PRIN2005 e di vari contratti e assegni di ricerca, nonche' tramite diversi Progetti giovani ricercatori.I sistemi tensegrity nascono negli anni '50 come strutture reticolari presollecitate prive di ancoraggi a terra, in cui i puntoni non sono mai collegati tra loro, mentre i tiranti, realizzati con cavi, formano un'unica spezzata spaziale. Negli anni '80 ne viene fornita la prima trattazione matematica che include anche i casi di strutture ancorate e con puntoni contigui.Il complesso delle loro peculiari proprieta` suggerisce l'impiego di sistemi tensintegri quando sia opportuno ricorrere a strutture pieghevoli o, piu` in generale, a geometria variabile, ovvero a strutture adattive, singoli elementi delle quali servono da sensori o attuatori. L'interesse per i problemi teorici e tecnologici che la realizzazione di questi sistemi pone va via via crescendo in tutto il mondo.Presso questo Dipartimento sono stati svolti i seguenti temi di ricerca.- Caratterizzazione del comportamento statico e dinamico- Progetto di una passerella pedonale e di altre strutture civili- Progetto del nodo tipico- Classificazione dei vari tipi di stabilita`che questi sistemi presentano - Algoritmi per la ricerca di forma- Cambiamenti di configurazioneI temi in corso di svolgimento sono i seguenti.- Sistemi elastici bistabili- Sistemi bistabili e multistabili tramite l'utilizzo di leghe a memoria di forma- Ottimizzazione simultanea della forma e dello stato di sollecitazione- Progetto di una antenna dispiegabile di grandi dimensioni per applicazioni spazialiPer maggiori informazioni visitare www.uniroma2.it/ppg/tsoppure scrivere a: m i c h e l e t t i @ i n g . u n i r o m a . i t (rimuovere gli spazi)PUBBLICAZIONI (consultabili all'indirizzo: www.uniroma2.it/ppg/ts)A.Micheletti, "On Generalized Reciprocal Diagrams for Self-stressed Frameworks", International Journal of Space Structures, Vol. 23, No. 3, 2008.A.Micheletti, W.O. Williams, "Shape-change of Tensegrity Systems by Controlling Edge-Lengths", paper presented at IASS2007, December 3-6 2007, Venice, Italy.A.Micheletti, "Geometrical Form-finding of Tensegrity Modules with Orthogonal Struts", paper presented at IASS2007, December 3-6 2007, Venice, Italy.A.Micheletti, W.O. Williams, "A Marching Procedure for Form-finding for Tensegrity Structures", Journal of Mechanics of Materials and Structures, Vol.2, No.5, 2007.S. Stucchi, A. De Laurentis, A.Micheletti, F. Santangelo, A.Totaro, "Tensegrity Units for a Movable Settlement", Proceedings of Adaps 2006, Eindhoven, The Netherlands, 3-5 July 2006, vol. 2, pp. 95-99.A. Micheletti, V. Nicotra, P. Podio-Guidugli, "Tensegrity Modules for Cable-Strut Systems", poster presented at IASS2004, Montpellier, France, 2004.A. Micheletti, "Modular Tensegrity Structures: The TorVergata Footbridge", Proceedings of the Colloquium Lagrangianum, Montpellier, France, 2004.A. Micheletti, "Simple Analytical Models of Tensegrity Structures", in Novel Approaches in Civil Engineering. Editors: M. Fremond, F. Maceri. Lecture Notes in Applied and Computational Mechanics, vol. 14, pp. 351-358, Springer, 2004.A. Micheletti, "Torri Tensintegre", tesi di dottorato in ingegneria delle strutture XV ciclo, 2003.P. Podio-Guidugli, "The Tensegrity Arch at TorVergata", Revue Fran?aise de Genie Civil, vol. 7, pp. 267-273, 2003.A. Micheletti, "The Indeterminacy Condition for Tensegrity Towers", Revue Fran?aise de Genie Civil, vol. 7, pp. 329-342, 2003.A. Micheletti, P. Podio-Guidugli, S. Stucchi, "Un Arco per l'Universita' di TorVergata a Roma", L'Industria delle Costruzioni, vol. 359, pp. 72-74, 2001.
Derivazione variazionale delle equazioni della elasticita` lineare in presenza di sforzi residui.
Le equazioni che governano il problema dell'equilibrio in elasticita` lineare sono derivabili formalmente da quelle dell'elasticita` non lineare tramite un opportuno riscalamento del campo di spostamento.Tutt'altro che banale e` dimostrare che, al tendere a zero dei carichi, esistono soluzioni del problema non lineare che, opportunamente riscalate, convergono alla soluzione del problema lineare (in un opportuno spazio funzionale).Nel caso in cui il corpo sia privo di sforzi residui, la soluzione di questo problema e` stata fornita in [1], dove e` stato mostrato che che il funzionale dell'energia dell'elasticita` lineare e` ottenibile come Gamma-limite di una opportuna famiglia di funzionali dell'elasticita` lineare.Lo scopo di questa ricerca e` mostrare che tale risultato di convergenza vale anche quando il corpo ha sforzi residui. Un risultato preliminare, valido per materiali di tipo St. Venant-Kirchhoff e` apparso in [2].Riferimenti:[1] G. Dal Maso, M. Negri and D. Percivale: Linearized Elasticity as
Approccio variazionale alla derivazione di modelli di strutture sottili.
La derivazione di teorie di corpi sottili e` una vecchia sfida per la meccanica. Tipicamente, una teoria di corpo sottile viene ottenuta da un problema tridimensionale introducendo delle ipotesi a priori sulla forma del campo di spostamento o sullo stato di sforzo. Negli ultimi anni, si e` assistito a notevoli passi in avanti verso la giustificazione matematica delle ipotesi a priori che sono alla base di alcune delle teorie strutturali di utilizzo comune nella pratica ingegneristica, in particolare, tramite metodi asintotici o basati sulla Gamma-convergenza. La ricerca in oggetto ha come scopo l'adeguamento di tali tecniche (che si sono rivelate adeguate per i modelli classici) per dedurre nuovi modelli basati su comportamento materiale non convenzionale. Ad esempio, materiali che subiscono danneggiamento, materiali micropolari, etc.I risultati ottenuti nell'ambito di questo filone di ricerca sono apparsi nelle seguenti pubblicazioni: R. Paroni, P. Podio-Guidugli, and G. Tomassetti: The Reissner-Mindlin plate theory via $Gamma$-convergence C. R. Acad. Sci. Paris Ser.I. 6:437--440, 2006R. Paroni, P. Podio-Guidugli, and G. Tomassetti: A justification of the Reissner-Mindlin plate theory through variational convergence. Analysis and Applications 5:165--182, 2007G. Riey e G. Tomassetti:A variational model for linearly elastic micropolar plate-like bodies. Journal of Convex Analysis 15:677--691, 2008D. Percivale e P. Podio-Guidugli: A general linear theory of elastic plates and its variational validation. Bollettino dell'Unione Matematica Italiana, (9) II 2009, 321-341G. Riey and G. Tomassetti: Micropolar Linearly Elastic RodsComm. Appl. Analysis 13:647--658, 2009
Modellazione costitutiva di leghe a memoria di forma per applicazioni mediche
L'obiettivo della ricerca ? lo sviluppo di teorie predittive sul comportamento di strutture contenenti componenti in leghe a memoria di forma
Meccanica non lineare: modellazione e simulazione di problemi di collisione
Highlights: links to the animations of the book "Collisions Engineering: Theory and Applications, 978-3-662-52694-1":  Fig4.3, Fig5.2, Fig5.3, Fig5.4, Fig5.5, Fig5.9, Fig5.10, Carambola Questa attività di ricerca ha come oggetto lo studio e la modellazione di fenomeni di collisione. Vengono sviluppate teorie predittive utilizzando l'approccio classico della meccanica: scelta delle velocità di deformazione; definizione delle azioni interne attraverso il loro lavoro; derivazione delle equazioni del moto tramite il principio dei lavori virtuali; formulazione di leggi costitutive tramite pseudo-potenziali di dissipazione. Alcuni dei problemi affrontati: Collisioni multiple tra corpi rigidi. Si considera la collisione multipla di più biglie che si muovono su di un piano (il problema è 3D, in quanto le biglie possono allontanarsi dal piano). Il sistema viene studiato con un punto di vista originale: esso è deformabile, poiché le distanze relative tra i corpi variano. Come mostrano i risultati di simulazione, la teoria predittiva formulata descrive i principali aspetti fisici delle collisioni. Inoltre il modello dipende da pochi parametri, tutti con una chiara interpretazione fisica. F. Caselli, M. Frèmond (2009). Collision of three balls moving on a plane. Poceedings of the International Conference on Computational Contact Mechanics, September 16-18 2009, Lecce, Italy F. Caselli, M. Frèmond (2008). Collision of three balls on a plane. COMPUTATIONAL MECHANICS, vol. 43(6); p. 743-754, ISSN: 0178-7675, doi: 10.1007/s00466-008-0342-7   Analisi del moto di un corpo viscoso che collide con un piano. Viene descritta l'evoluzione di un corpo viscoso che si muove in una regione delimitata da un piano sotto l'azione di forze esterne. Gli istanti di collisione possono accumularsi. Viene proposta una soluzione approssimata, agevole dal punto di vista computazionale, che tende nel limite alla soluzione fisica. Si dimostra inoltre che l'energia cinetica del sistema è una funzione a variazione limitata. F. Caselli, M. Frèmond (2009). Motion of a viscous rod: collisions and smooth evolutions. Colloquim Lagrangianum, February 19-22 2009, Maratea (PZ), Italy F. Caselli, M. Frèmond (2007). Rod bouncing on a plane, Mathematical Models for Complex Systems. Convegno INDAM, September 26-29 2007, Cortona (AZ), Italy
Progetto ed ottimizzazione di materiali compositi a comportamento piezoelettrico
Modellazione costitutiva di materiali compositi fibrorinforzati a gradazione funzionale
Modelli omogeneizzati per l'analisi della localizzazione di vibrazioni in strutture periodiche
Le strutture periodiche sono composte da sottostrutture identiche connesse tra loro. Esse hanno numerose applicazioni nel campo dell'ingegneria meccanica, civile, medica, elettrica e areospaziale.Le sottostrutture sono progettate e costruite in modo da essere identiche tra loro, sia come forma che come materiali. L'inevitabile presenza di difetti di fabbricazione, tolleranze nei materiali, microfessure, produce differenze tra le varie sottostrutture. Tali differenze, ancorch? piccole, possono alterare in maniera drammatica la dinamica del sistema. In particolare, di determina il fenomeno della localizzazione delle vibrazioni, consistente in un confinamento dell'energia vibrazionale in limitate porzioni della struttura, tanto che alcune sue parti vibrano con piccole ampiezze mentre altre presentano ampiezze elevate. Il conseguente aumento locale di sforzo porta a crisi inaspettate, a causa di fenomeni di fatica.La localizzazione delle vibrazioni ? un campo di ricerca molto promettente, le cui potenzialit? applicative non sono state ancora pienamente sviluppate. La teoria della localizzazione partecipa pienamente dello spirito informatore delle analisi ingegneristiche, in quanto essa si occupa della differenza tra l'effettivo comportamento dinamico di strutture reali (come tali, imperfette) e le corrispondenti previsioni di modelli matematici di strutture ideali/perfette. Per giunta, questa teoria ? interessante in quanto a volte sorprendente nei risultati, inusuali e apparentemente paradossali.Scopo di questa ricerca ? lo sviluppo di modelli omogeneizzati di strutture periodiche imperfette, semplici ma capaci di descrivere esaustivamente il fenomeno della localizzazione. Sulla base di tali modelli sono inoltre proposti sistemi di controllo di tipo innovativo, atti a smorzare le vibrazioni e ridurre o eliminare il fenomeno della localizzazione delle vibrazioni.Pubblicazioni:P. Bisegna, G. Caruso. Frequency split and vibration localization in imperfect rings, Journal of Sound and Vibration 306:691-711, 2007.P. Bisegna, G. Caruso. Optimization of a passive vibration control scheme acting, Struct Multidisc Optim, DOI 10.1007/s00158-009-0375-3.
Modellazione del comportamento aeroelastico dei ponti di grande luce soggetti a vento
Il comportamento intrinsecamente non lineare dei ponti di grande luce, legato alla presenza di elementi strutturali complessi quali stralli e cavi, rende necessaria un'accurata analisi del loro comportamento statico e dinamico. In dettaglio, devono considerarsi in modo accurato gli effetti connessi oltre che ad una analisi classica in senso statico anche a quelli relativi a carichi variabili, ad azioni sismiche e ad effetti aerodinamici legati all'azione del vento. L'elevata flessibilit? e leggerezza di tali strutture, a carattere prevalentemente monodimensionale, le rende infatti particolarmente sensibili agli effetti non stazionari che si generano dall'interazione fra la risposta dinamica della struttura e le correnti atmosferiche su di essa incidenti. Da questo processo di interazione vento-struttura possono originarsi forze autoeccitate dette anche aeroelastiche, causa di fenomeni di instabilit? del sistema accoppiato vento-ponte. La presente ricerca ha sino ad ora consentito di fornire contributi originali alla modellazione delle nonlinearit? di comportamento della struttura ed alla caratterizzazione dell'interazione aeroelastica vento-struttura.Principali prodotti scientifici: G. Vairo. A simple analytical approach to the aeroelastic stability problem of long-span cable-stayed bridges. To appear on International Journal for Computational Methods in Engineering Science and Mechanics. G. Vairo. A quasi-secant continuous model for the analysis of long-span cable-stayed bridges. Meccanica 43:237-50, 2008. F. Maceri, G. Vairo. Modelling and simulation of long-span bridges under aerodynamic loads. In: Novel Approaches in Civil Engineering, Lect. Notes in Appl. & Comput. Mechanics, Springer, vol. 14, pp. 359-381, 2004. G. Vairo. Sul comportamento aeroelastico dei ponti strallati di grande luce. Proc. XXXIII Congress Italian Association Analysis of Stresses AIAS 2004, Italy. F. Maceri, G. Vairo. Flutter instability of long-span suspension bridges: a simplified wind speed evaluation in closed form. PAMM: Proc. Appl. Math. Mech. 3:116-7, 2003. G. Vairo. A numerical model for wind loads simulation on long-span bridges, SIMPRA: Simulation Modelling Practice & Theory 11(5-6):315-352, 2003. G. Vairo. Un modello di vorticit?a per l'analisi della stabilit? aeroelastica dei ponti di grande luce con impalcato multiplo. Proc. XXXII Congress Italian Association Analysis of Stresses AIAS 2003, Italy. G. Vairo. Numerical simulation of wind loads on long-span bridges, Proc. 4th International EUROSIM Congress 2001, Delft - The Netherlands, 2001.
Strutture in materiale composito
Ricerca condotta nell'ambito del Progetto Strategico MIUR (legge 449/97) dal titolo "Materiali compositi per applicazione strutturali di rilevante interesse industriale", Coordinatore nazionale prof. Sesto Viticoli. La ricerca ha riguardato l'uso dei materiali compositi per applicazioni di interesse dell'ingegneria civile, con particolare riferimento ai problemi di consolidamento di manufatti architettonici esistenti mediante materiali fibrorinforzati. Inoltre, la ricerca ha affrontato le problematiche connesse all'ideazione, modellazione ed analisi di strutture di ambito civile realizzate interamente o parzialmente in materiale composito.Principali prodotti scientifici: Norme tecniche relative alle costruzioni - CNR - DT200/2004. "Istruzioni per la Progettazione, l'Esecuzione ed il Controllo di Interventi di Consolidamento Statico mediante l'utilizzo di Compositi Fibrorinforzati. Materiali, strutture di c.a. e di c.a.p., strutture murarie". Coordinatore prof. ing. F. Maceri. Norme tecniche relative alle costruzioni - CNR - DT201/2005. "Studi preliminari finalizzati alla redazione di Istruzioni relative a Interventi di Consolidamento Statico di Strutture Lignee mediante l'utilizzo di Compositi Fibrorinforzati". Coordinatore prof. ing. F. Maceri. Norme tecniche relative alle costruzioni - CNR - DT202/2005. "Studi preliminari finalizzati alla redazione di Istruzioni per Interventi di Consolidamento Statico di Strutture Metalliche mediante l'utilizzo di Compositi Fibrorinforzati". Coordinatore prof. ing. F. Maceri. Norme tecniche relative alle costruzioni - CNR - DT 205/2007. "Istruzioni per la Progettazione, l'Esecuzione ed il Controllo di Strutture realizzate con Profili Sottili Pultrusi di Materiale Composito Fibrorinforzato (FRP)". Coordinatore prof. ing. F. Maceri.
Strutture in materiali con microstruttura. Una sfida per la moderna ingegneria civile
La ricerca, finanziata in ambito PRIN per il periodo 2005-2007 e tuttora in corso, riguarda lo studio di strutture innovative per applicazioni nell'ambito dell'ingegneria civile realizzate mediante elementi in materiale composito, connessi mediante giunzioni in materiali anch'essi dotati di microstruttura (compositi e leghe a memoria di forma). L'attivit? di ricerca sino ad ora svolta ha consentito la definizione, caratterizzazione, modellazione ed analisi di giunzioni diverse per forma e per modalit? di interconnessione, adesiva o meno. Oltre a validazioni e prove di carattere sperimentale, la ricerca ha inoltre consentito la messa a punto di modelli analitici e numerici di comportamento meccanico dei materiali e delle strutture in esame.Principali prodotti scientifici: F. Auricchio, E. Sacco, G. Vairo. A finite element for the analysis of monoclinic laminated composite plates. In: Mechanical Modelling and Computational Issues in Civil Engineering, Lecture Notes in Applied & Computational Mechanics, Springer, vol. 23, pp. 333-344, 2005. F. Auricchio, E. Sacco, G. Vairo. A Mixed FSDT finite element formulation for the analysis of composite laminates without shear correction factors. In: Mechanical Modelling and Computational Issues in Civil Engineering, Lecture Notes in Applied & Computation Mechanics, Springer, vol. 23, pp. 345-358, 2005. F. Auricchio, E. Sacco, G. Vairo. A mixed FSDT finite element for monoclinic laminated plates. Computers & Structures 84(8-9), 624-639, 2006. F. Ascione, L. Feo, F. Maceri. Un'analisi numerica preliminare ed un dispositivo sperimentale per lo studio del comportamento di collegamenti bullonati in strutture composite laminate. Proc. XXXV Congress Italian Association Analysis of Stresses AIAS 2006, Italy. F. Maceri, P. Bisegna. Discrete contact problem with friction: stress-based approach. In: P.Alart, O. Maisonneuve, R.T. Rockafellar Eds. Non-smooth mechanics and analysis, pp. 145-159, Springer Verlag, 2006. F. Ascione, L. Feo and F. Maceri. Primi risultati sperimentali sul comportamento di collegamenti bullonati in strutture composite laminate. Proc. XXXVI Congress Italian Association Analysis of Stresses AIAS 2007, Italy. A. Di Cuonzo, F. Laudiero, F. Maceri, F. Minghini. Progetto e costruzione di una struttura temporanea in profili pultrusi. In: CTE (Collegio Tecnici dell'Industrializzazione Edilizia). Roma, Novembre 2008, p. 1049-1058. A. Di Cuonzo, F. Laudiero, F. Maceri, F. Minghini, N. Rullini. Design and construction of a temporary structure composed by FRP pultruted profiles. Proc. 4th Int. Conference on FRP Composites in Civil Engineering (CICE 2008), Switerland 2008. F. Maceri, G. Vairo. Anisotropic thin-walled beam models: A rational deduction from three-dimensional elasticity Journal of Mechanics of Materials and Structures 4(2): 371-394, 2009. F. Maceri, G. Vairo. Beams comprising unilateral material in frictionless contact: A variational approach with constraints in dual spaces. Contact Mechanics, Lecture Notes in Applied & Computational Mechanics, Springer, to appear.
Comportamento al fuoco di strutture in c.a.
La ricerca ha come scopo la definizione del comportamento al fuoco di strutture in c.a. In particolare, oltre alle ben note problematiche di resistenza ultima delle strutture sotto carico di incendio, si studia il comportamento residuo delle strutture. Quest'ultimo aspetto ha ricadute molto importanti nella valutazione della capacità portante ultima della struttura dopo che l'incendio è avvenuto, che porta a successive scelte progettuali legate al possibile riutilizzo dell'opera (riparazione, rinforzo, parziale o totale sollecitazione). Le propriet' residue dei materiali dopo l'esposizione ad elevate temperature possono talvolta differire sostanzialmente da quelle a caldo. Diventa quindi importante definire il comportamento della struttura sotto diversi scenari di incendio che contemplino la fase di raffreddamento (estinzione o spegnimento del fuoco). Sono stati sviluppati modelli che consentano analisi termiche con diverse curve di riscaldamento e raffreddamento e che eseguano la successiva analisi meccanica. Una volta definite le propriet' della struttura danneggiata, possono essere applicate tecniche di riparazione innovative.
Modellazione biomeccanica dei tessuti collageni: approcci multiscala
Il collagene è praticamente presente in tutti i tessuti biologici, assolvendo tra l'altro ad una funzione meccanica di irrigidimento, così da assicurare sia il mantenimento della configurazione fisiologica delle diverse strutture tessutali che il trasferimento dei carichi. La corretta caratterizzazione del comportamento meccanico dei tessuti collageni a diverse scale consentirebbe la comprensione di numerosi processi fisiologici e patologici che avvengono sia alla microscala (e.g., rimodellamento meccano-mediato del tessuto) che a quella macro (e.g., meccanica delle articolazioni e dei vasi). In questo contesto la ricerca in oggetto ha l'obiettivo di modellare la risposta meccanica dei tessuti collageni molli seguendo un approccio unificato e multiscala, riguardando il tessuto come un materiale composito fibrorinforzato in cui la fase di rinforzo è rappresentata da fibre collagene generalmente a geometria curva. Il modello costitutivo del tessuto, fortemente non lineare anche a causa della nonlinearità di risposta a livello molecolare del collagene, è dedotto attraverso tecniche di omogeneizzazione che consentono di includere nella risposta macroscopica gli effetti alla microscala ed alla nanoscala. Principali prodotti scientifici: Marino M, Vairo G. Multiscale elastic models of collagen bio-structures: From cross-linked molecules to soft tissues. In: Multiscale Computer Modeling in Biomechanics and Biomedical Engineering. Studies in Mechanobiology, Tissue Engineering and Biomaterials. Springer (Berlin). To appear. Maceri F, Marino M, Vairo G (2013). Age-dependent arterial mechanics via a multi scale elastic approach. International Journal for Computational Methods in Engineering Science and Mechanics 14(2) doi: 10.1080/15502287.2012.744114 Maceri M, Marino M, Vairo G (2012). Elasto-damage modeling of biopolymer molecules response. Computer Modeling in Engineering & Sciences 87(5): 461-481. Marino M, Vairo G (2012). Histology-based arterial mechanics: multiscale modeling of age-dependent tissue remodeling. Proc. 3rd Congress National Group of Bioengineering GNB 2012, Italy. Marino M, Vairo G (2012). Damage in soft connective tissues: multiscale models of inelastic effects in diseases. Proc. 3rd Congress National Group of Bioengineering GNB 2012, Italy. Maceri F, Marino M, Vairo G (2012). An insight on multiscale tendon modeling in muscle-tendon integrated behaviour. Biomechanics and Modeling in Mechanobiology 11:505-517 Marino M, Vairo G (2012). Stress and strain localization in stretched collagenous tissues via a multiscale modeling approach. Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering, doi: 10.1080/10255842.2012.658043 Maceri F, Marino M, Vairo G (2012). Integrated mechanical models for collagenous biostructures at different length scales. Proc. 7th Vienna Conference on Mathematical Modeling MATHMOD 2012. Vienna.ARGESIM Rep. n. S38, p. 217(1)-217(5). Marino M, Vairo G (2012). Equivalent stiffness and compliance of curvilinear elastic fibers. In: Mechanics, Models and Methods in Civil Engineering. Lecture Notes in Applied and Computational Mechanics, vol. 61, pp. 309-332. Springer (Berlin). ISBN: 978-3-642-24637-1, ISSN: 1613-7736, doi: 10.1007/978-3-642-24638-8_21 Marino M, Vairo G (2011). Inelastic damage mechanisms in collagen-rich tissues: multiscale modelling of cross-linked molecules within fibrils. Proc. Complas XI, XI Intern. Conf. Computational Plasticity - Fundamental & Applications. Spain. Maceri F, Marino M, Vairo G (2011). Multiscale modelling and simulation of the mechanical response of biological structures with collagen-rich constituents . Proc. EUROMAT 2011 - European Congress and Exhibition on Advanced Materials and Processes. Montpellier-France. Maceri F, Marino M, Vairo G (2011). Microscale modeling of collagenous biological structures: towards a fully-integrated multiscale approach including nanoscale mechanobiological effects. Proc. Intern. Workshop on Microscale Modeling in Biomechanics and Mechanobiology. Ericeira, Portugal. Maceri F, Marino M, Vairo G (2010). From cross-linked collagen molecules to arterial tissue: a nano-micro-macroscale elastic model. Acta Mechanica Solida Sinica 23:98-108. Maceri F, Marino M, Vairo G (2010). A unified multiscale mechanical model for soft collagenous tissues with regular fiber arrangement. Journal of Biomechanics 43:355-363. Maceri F, Marino M, Vairo G (2010). Nano-micro-macro constitutive modelling of collagenous fibers in periodontal ligament and muscle-tendon units. Proc. XXXIX Congress Italian Association Analysis of Stresses AIAS 2010, Italy. Maceri F, Marino M, Vairo G (2010). A model for the mechanical response with damage of collagenous biostructures. Proc. 7th International Meeting on Unilateral Problems in Structural Mechanics. Italy Maceri F, Marino M, Vairo G (2009). A nano-micro-macro mechanical model for the analysis of soft collagenous tissues. Proc. 19ême Congrès Francais de Mécaniques. Maceri F, Marino M, Vairo G (2009) Mathematical modeling of tendon mechanics. International Conf. Mathematical Modeling MATHMOD 2009. Austria.
Durabilità e vita residua di travi in c.a.p. soggette a degrado da corrosione
L'esperienza maturata nell'ambito dello studio del comportamento delle costruzioni in cemento armato nel tempo ha evidenziato come una delle principali cause del loro deterioramento sia dovuta ai fenomeni di corrosione cui va soggetta l'armatura. La corrosione, infatti, oltre a ridurre direttamente il contributo dell'armatura per decremento delle sezioni, contribuisce all'aumento del degrado causando fessurazione e delaminazione nel calcestruzzo con evidenti conseguenze sull'aderenza.   La ricerca presentata si inserisce in tale ambito, con lo scopo di fornire un contributo alla comprensione e successivo approfondimento degli effetti indotti dalla corrosione su elementi precompressi con specifico riferimento a strutture da ponte. Tale obiettivo è stato perseguito attraverso analisi teorico-sperimentali volte alla formulazione di modelli semplificati ma affidabili che, a partire da una misura dello stato di degrado da corrosione a livello locale, consentano di valutare la riduzione attuale della capacità portante della struttura e di predirne l'evoluzione nel tempo. Punto di partenza della ricerca è stata una estesa indagine sul comportamento degli acciai armonici soggetti a corrosione. E' stato, quindi, analizzato il comportamento sperimentale e teorico di elementi in cemento armato precompresso soggetti a corrosione dei trefoli di armatura. I risultati ottenuti hanno chiaramente evidenziato l'influenza della corrosione sulla riduzione di capacità portante e di variazione di modalità di rottura.
La risposta meccanica delle grandi strutture da ponte sollecitate in condizioni estreme
L'obiettivo della ricerca è quello di analizzare il comportamento meccanico delle grandi strutture da ponte, sia in configurazione sospesa che strallata, in condizioni non convenzionali di carico, indotte ad esempio da atti terroristici, condizioni estreme climatiche e accidentali, con l'intento di fornire contributi originali agli aspetti di base inerenti il comportamento dinamico di tali strutture ed indicazioni per nuovi approcci progettuali, cautelativi contro fenomeni di collasso progressivo, e per lo sviluppo di dispositivi intelligenti basati sull'uso di materiali avanzati multifunzione. Aspetti chiave non convenzionali della ricerca sono: risposta meccanica del ponte a cedimenti strutturali singoli o multipli (cavi, stralli, sospensori) ed a possibili condizioni estreme transitorie da carichi impulsivi (vento incidente, esplosioni, impatti), evoluzione progressiva di stati di danneggiamento, effetti termici non stazionari (incendi, esplosioni), carichi estremi su strutture incomplete, eventi estremi multipli. Primi prodotti scientifici: Vairo G, Montassar S (2012). Mechanical modelling of stay-cables under thermal loads. In: Mechanics, Models and Methods in Civil Engineering. Lecture Notes in Applied and Computational Mechanics, vol. 61, pp. 481-498. Springer (Berlin), ISBN: 978-3-642-24637-1, ISSN: 1613-7736, doi: 10.1007/978-3-642-24638-8_34. Vairo G (2010). A simple analytical approach to the aeroelastic stability problem of long-spancable-stayed bridges. International Journal for Computational Methods in Engineering and Mechanics 11:1-19, doi: 10.1080/15502280903446846. Vairo G (2009). A closed-form refined model of the cables' nonlinear response in cable-stayed structures. Mechanics of Advanced Materials and Structures, 16:456-466. Vairo G (2008). A quasi-secant continuous model for the analysis of long-span cable-stayed bridges, Meccanica, 43:237-250. Montassar S, Vairo G (2008). Thermal effects on statical behaviour of elastic cables for cable-stayed structures Proc. XXXVII Congress Italian Association Analysis of Stresses AIAS 2008, Italy.