L'obiettivo principale del progetto è quello di realizzare progressi nel controllo delle vibrazioni strutturali nell'ambito della dinamica impulsiva. La ricerca proposta si inquadra nel tema della protezione sismica di apparecchiature che, sulla base di criteri funzionali, possono essere definite strategiche. In tale contesto si annoverano: le apparecchiature contenute in edifici la cui funzionalità postsismica è richiesta per le operazioni di soccorso; i sistemi presenti in impianti chimici e nucleari a rischio di incidente rilevante; le strumentazioni e gli impianti di elevato valore intrinseco impiegati in industrie ad alta tecnologia; le apparecchiature di impianti industriali aventi un impatto eminente sull'economia nazionale o regionale. In questi casi, pur in assenza di danneggiamento o di collasso strutturale, i danni riportati dalle apparecchiature possono compromettere la funzionalità della costruzione ed esporre a rischio anche la vita umana. Le suddette problematiche saranno affrontate sfruttando il fenomeno dell'urto e impiegando una nuova classe di materiali innovativi che possiedono una vasta gamma di caratteristiche adeguate: i metamateriali. Tali materiali sono costituiti da materiali microstrutturati appositamente progettati per avere comportamenti fisici peculiari da sfruttare in applicazioni tecnologiche ben specificate. Per studiare le proprietà dei metamateriali, sarà usata la teoria dei gradienti superiori di deformazione In particolare, in questo progetto affronteremo tre temi principali: a) dinamica non regolare di sistemi caratterizzati da impatto e attrito con metamateriali; b) smorzamento delle vibrazioni in continui microstrutturati, modellati con la teoria dei gradienti superiori della deformazione e corredati da interessanti proprietà da sfruttare nel controllo dell'impatto; c) ottimizzazione dell'efficienza strutturale dei metamateriali, con particolare riferimento agli shock absorbers e alle strutture pantografiche.
A livello normativo, si riscontra una lacuna che non consente di armonizzare la progettazione strutturale con quella degli elementi non strutturali nel perseguimento di livelli prestazionali legati allo stato limite di esercizio. In Italia, le Norme Tecniche per le Costruzioni prescrivono criteri antisismici per la progettazione e la verifica degli elementi non strutturali ma, per elementi il cui peso eccede "il 30% del carico permanente totale del solaio su cui è collocato o il 10 % del carico permanente totale dell'intera struttura", e si limitano a richiedere analisi dinamiche specifiche senza fornire alcuna indicazione a riguardo. E' d'interesse evidente lo studio di quelle applicazioni che prevedono apparecchiature dotate di massa significativa, interagenti dinamicamente con la struttura portante. Per tali applicazioni si richiede l'elaborazione di modelli e metodologie di analisi che i progettisti possano impiegare nelle fasi di progettazione e di verifica sismica. Appaiono molto promettenti le applicazioni delle tecnologie innovative basate sul controllo delle vibrazioni. Studi recenti di letteratura ritengono che l'isolamento sismico sia la tecnica di controllo più efficace nel ridurre le accelerazioni trasmesse agli apparati interni. I sistemi passivi d'isolamento risultano efficaci ed affidabili nella riduzione delle accelerazioni sismiche trasmesse alle apparecchiature in presenza di terremoti di tipo far-field. Tuttavia, nel caso di terremoti impulsivi di tipo near-fault, tali sistemi possono dare luogo ad eccessivi spostamenti. Anche se in assenza di danneggiamento o di collasso strutturale, i danni riportati dalle apparecchiature possono compromettere la funzionalità della costruzione ed esporre a rischio anche la vita umana. Ai fini della mitigazione dell'azione sismica, particolarmente innovativa e molto limitatamente trattata in Letteratura e solo dal punto di vista analitico e/o numerico è la soluzione consistente nell'affiancare all'isolatore elastomerico anche paracolpi elastomerici laterali. La determinazione di intervalli ottimali per le caratteristiche di rigidezza e smorzamento dei paracolpi e per la loro distanza di interazione dalla massa costituente l'apparecchiatura da salvaguardare rappresenta uno dei principali contributi innovativi della presente proposta di ricerca, insieme alla caratterizzazione e alla ottimizzazione della resilienza dei metamateriali utilizzati, come di seguito accennato. In generale, la letteratura nel campo ha dimostrato che: i) i modelli standard di Cauchy non sono facilmente applicabili, ad alcune scale di lunghezza, per descrivere efficacemente (con un modello continuo) quei materiali complessi che presentano forti inomogeneità geometriche e meccaniche a più piccola lunghezza di scala; (ii) un semplice modello di continuo di secondo gradiente, dedotto mediante metodi di omogeneizzazione basati su principi e tecniche di minimizzazione, è efficace (a scale relativamente più grandi) nella modellizzazione di un'ampia classe di fenomeni che si verificano durante la prova di trazione nel piano; e (iii) i modelli discreti di tipo Hencky sono efficaci anche nel suggerire modelli di continuo generalizzati per materiali complessi. La modellazione di sistemi pantografici con fibre estensibili o inestensibili è quindi un campo di ricerca che è di grande interesse per almeno due ragioni. 1) In primo luogo, tali strutture hanno diverse caratteristiche meccaniche: la struttura considerata è caratterizzata da un'elevata tenacità, cioè un campione è in grado di assorbire una grande quantità di energia, al di là del regime elastico, deformandosi plasticamente prima del collasso. Poiché l'energia è concentrata in determinate posizioni ben definite, vale a dire i quattro angoli e le connessioni tra travi / fibre nell'area centrale, il meccanismo di rottura può facilmente essere previsto in base al tipo di deformazione e del materiale di cui il campione è fatto. Ad esempio, in una prova di trazione, più il materiale è fragile, più si prevede una rottura nelle zone centrali; al contrario, più il materiale è duttile, più la rottura sarà nei quattro angoli e progressivamente sui bordi vincolati. Questi materiali mostrano anche un vantaggioso rapporto tra resistenza e peso, rendendoli particolarmente attraente in molte applicazioni sia nel mondo civile sia nel settore industriale. 2) Inoltre, i progressi concettuali richiesti possono rivelarsi utili in un contesto molto più generale della descrizione dei sistemi pantografici.