Il monitoraggio della salute strutturale (SHM) nelle strutture composite è un campo in continua evoluzione, in cui l'uso di tecniche non distruttive ha guadagnato sempre più importanza. Tra queste, i metodi passivi si distinguono per la loro capacità di rilevare danni in tempo reale senza interferire con il normale funzionamento della struttura. Uno degli approcci principali in questo ambito è rappresentato dalla misurazione delle vibrazioni e delle emissioni acustiche, che consente di monitorare la salute delle strutture composite attraverso analisi delle deformazioni e delle onde elastiche generate da eventi di danneggiamento.

Il Modal Assurance Criterion (MAC) è uno degli indicatori più utilizzati per confrontare le forme modali misurate con quelle ottenute analiticamente, fornendo una misura della correlazione tra le due. Esistono versioni migliorate del MAC, come il Partial MAC (PMAC) e il Co-ordinate MAC (COMAC), che offrono una maggiore precisione nei casi in cui la struttura presenta particolari complessità. Questi indici possono essere affiancati anche da altre misurazioni, come la flessibilità dinamica o la curvatura delle forme modali, che forniscono ulteriori informazioni sullo stato di salute della struttura. Un altro approccio prevede la modifica dei modelli analitici per identificare le differenze con i modelli strutturali originali e ottenere informazioni sul danno. Questo tipo di approccio sfrutta modelli matematici di dinamica strutturale, formulati come problemi di ottimizzazione vincolata.

Tra i metodi passivi, uno dei più affermati è sicuramente la Emissione Acustica (AE), una tecnica che rileva onde elastiche transitorie generate da rapidi episodi di rilascio di energia da danni localizzati come la propagazione di crepe, delaminazione o rottura delle fibre. I sensori posti immediatamente sotto la superficie del materiale captano i segnali acustici prodotti dagli eventi di danneggiamento. Analizzando ampiezza, frequenza e posizione di questi segnali, è possibile determinare il tipo e la gravità del danno. Un'analisi avanzata del segnale acustico consente di distinguere tra segnali dovuti a danni e quelli di "rumore", che potrebbero alterare la precisione del monitoraggio.

Uno degli approcci più comuni nell'AE è la triangolazione, che consente di localizzare con precisione la posizione di un danno (come una crepa) attraverso il calcolo delle differenze nei tempi di arrivo (TDOA) delle onde acustiche rilevate da almeno tre sensori dislocati sulla superficie della struttura. Questa tecnica, che si basa sulla geometria, offre numerosi vantaggi: oltre alla localizzazione precisa del danno, è efficace nel monitoraggio in tempo reale di grandi strutture composite e riduce al minimo le perturbazioni nella struttura durante l'operazione. La triangolazione, tuttavia, richiede una buona conoscenza della velocità delle onde acustiche nel materiale, una disposizione accurata dei sensori e una riduzione al minimo dei rumori nei segnali per garantire risultati accurati.

Il metodo basato sulla misurazione delle deformazioni (strain-based methods) rappresenta un altro approccio fondamentale per il monitoraggio delle strutture composite. Poiché i danni strutturali alterano i campi di deformazione all'interno del materiale, la misurazione delle variazioni di strain può fornire informazioni precise sulla presenza e la posizione di danni. Questo tipo di monitoraggio si avvale di sensori come strain gauge, sensori FBG (Fiber Bragg Grating) e sensori piezoelettrici. I sensori rilevano anomalie nel campo di deformazione che indicano la presenza di crepe, delaminazione o altri danni.

Gli strain gauges sono strumenti largamente utilizzati per misurare le deformazioni nei materiali compositi. Funzionano secondo il principio che la resistenza elettrica di un materiale cambia quando viene sottoposto a deformazioni geometriche. Quando la struttura si deforma, il sensore cambia la sua resistenza, e questa variazione viene misurata da un circuito, generalmente un ponte di Wheatstone. Esistono diverse tipologie di strain gauges, come quelli a foil, a semiconduttore e a filo, ciascuno con vantaggi specifici in termini di sensibilità e stabilità.

I sensori piezoelettrici sfruttano l'effetto piezoelettrico per misurare forze, accelerazioni, deformazioni e altre grandezze fisiche. Questi sensori sono estremamente sensibili e adatti per applicazioni in ambienti estremi. La loro capacità di operare in un ampio intervallo di frequenze consente di rilevare sia segnali a bassa che ad alta frequenza, rendendoli ideali per il monitoraggio delle strutture composite. Tra i loro principali vantaggi figurano l'alta sensibilità alle piccole deformazioni, le dimensioni compatte, la resistenza a temperature estreme e la possibilità di integrarsi facilmente nelle strutture monitorate.

Tutti questi metodi, pur essendo passivi, hanno un comune denominatore: il monitoraggio continuo e in tempo reale delle strutture, che consente di rilevare danni in stadi molto precoci e di intervenire tempestivamente, riducendo al minimo i rischi di failure strutturale. La combinazione di tecniche di emissione acustica, misurazione delle deformazioni e altre metodologie avanzate permette di ottenere una visione completa della salute strutturale di materiali complessi, come quelli compositi, che sono largamente utilizzati in ambiti ad alta performance come l'aerospaziale, l'automotive e le infrastrutture critiche.

Come funzionano le leghe a memoria di forma (SMA) e perché sono fondamentali per le applicazioni moderne

Le leghe a memoria di forma (SMA), caratterizzate da un comportamento superelastico, sono una classe di materiali straordinari che hanno rivoluzionato il campo dell'ingegneria dei materiali. Una delle proprietà più affascinanti di queste leghe è la loro capacità di subire deformazioni elastiche significative e di ripristinare la forma originale una volta che la deformazione viene eliminata, una caratteristica che le distingue dai metalli tradizionali che, una volta superato il punto di snervamento, non sono in grado di tornare alla loro forma originaria. Questo comportamento è dovuto a una transizione martensitica reversibile innescata dallo stress. Durante la deformazione superelastica, la curva stress-deformazione delle SMA mostra una zona di plateau caratteristica, in cui il materiale dimostra una resistenza praticamente costante su una vasta gamma di deformazioni.

Le SMA sono particolarmente indicate per applicazioni che richiedono alta flessibilità, smorzamento delle vibrazioni e assorbimento di energia. Grazie a queste proprietà straordinarie, le leghe a memoria di forma hanno aperto nuove possibilità in molteplici settori, promuovendo soluzioni innovative. La continua ricerca e sviluppo in questo campo promette di espandere ulteriormente le potenzialità delle SMA, offrendo opportunità inaspettate per scoperte e applicazioni future.

Le leghe a memoria di forma sono costituite principalmente da metalli come nichel (

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