Analisi Computazionale Multi-scala per Strutture Costituite da Materiale Eterogeneo

La ricerca proposta riguarda lo sviluppo di un sistema multiscala per l’analisi computazionale di strutture costituite da materiali eterogenei come le strutture murarie e i laminati compositi. In entrambi in casi la topologia del materiale è generalmente periodica e può essere identificata una cella periodica unitaria che comprende due elementi e un terzo corpo interposto. Nelle strutture murarie gli elementi sono rappresentati da blocchi di origine naturale o artificiale e il ruolo del terzo corpo è giocato dai giunti di malta. Nei laminati compositi gli elementi sono rappresentati da due lamine consecutive e il terzo corpo è la zona ricca di resina che viene creata durante il processo di formazione del laminato. Nei classici modelli mesoscopici il terzo corpo viene simulato facendo uso del concetto di interfaccia. In pratica, il terzo corpo e le sue superfici di contatto con gli aderenti (interfacce fisiche) vengono sostituite con un dispositivo meccanico, denominato modello di interfaccia, il cui comportamento è formulato in termini di tensioni di contatto e discontinuità di spostamento. Questa semplificazione ha una giustificazione meccanica quando lo spessore del terzo corpo è trascurabile se confrontato con le altre dimensioni del materiale eterogeneo. In questo modo il terzo corpo presenta uno stato deformativo costante lungo lo spessore ed è imposta la continuità delle tensioni di contatto fra i due aderenti. In molti casi la risposta del giunto dipende anche dalle tensioni e dalle deformazioni interne allo strato di materiale del giunto adiacente alle superfici di contatto. Un esempio è il caso di due blocchi connessi da un sottile strato di materiale adesivo e soggetti a forze di compressione ortogonale allo strato. E’ noto che se la deformabilità dello strato sottile è maggiore della deformabilità dei blocchi, nell’ipotesi di perfetta aderenza, si verifica un effetto di espulsione del materiale dello strato (squeezing) che da luogo a tensioni di compressione nello strato lungo la direzione ortogonale alle forze applicate e tensioni di trazione nei blocchi e nella medesima direzione. In presenza di blocchi a comportamento quasi-fragile le tensioni di trazione possono produrre la frattura, questa può essere considerata come un ulteriore possibile meccanismo di collasso per il materiale eterogeneo. I classici modelli di interfaccia non sono in grado di cogliere il precedente meccanismo di crisi e una descrizione cinematica più complessa deve essere introdotta nel modello mesoscopico. Il programma di ricerca dell’Unità di Ricerca di Palermo ha come primo obiettivo lo studio di un modello mesoscopico per i materiali eterogenei che tenga in considerazione le tensioni e le deformazioni interne che agiscono nel sottile strato di contatto tra gli aderenti. Questo modello mesoscopico farà uso del modello di interfase o di un modello dove i giunti sono strati sottili separati dagli altri costituenti mediante due interfacce. In questo modo, le modalità di collasso del modello mesoscopico includono fenomeni non-lineari come la decoesione alle interfacce e l’evoluzione del danneggiamento nel materiale interposto. Il modello mesoscopico può essere utilizzato nell’approccio computazionale multi-scala per l’analisi di strutture di grandi dimensioni.