Propagazione delle onde elastiche nei materiali compositi
La scienza dei materiali ha compiuto enormi passi negli ultimi 25 anni, favoriti in gran parte dagli sviluppi in nanotecnologia, nella meccanica quantistica e nelle tecniche di caratterizzazione sperimentale. Per la progettazione di dispositivi di nuova generazione, è fondamentale ottenere una comprensione approfondita delle proprietà dei materiali. I ricercatori hanno affrontato la propagazione delle onde elastiche nei supporti strutturati con il sostegno dell’UE del progetto DYNA META 11 (Controlling elastic waves: structured media and metamaterials in the mechanics of solids and structures). Gli scienziati hanno progettato e modellato svariate strutture semi-discrete diverse ad alto contrasto (altamente disomogenee). I supporti periodici multimediale ad alto contrasto possono manifestare bande di arresto, spazi nelle frequenze delle onde che possono propagarsi. Uno dei sistemi più studiati era un metamateriale elastico localmente risonante che inoltre ha manifestato rifrazione negativa della traiettoria dell’onda. L’applicazione include dispositivi di filtraggio (rifiuto o passaggio solo di determinate frequenze), di riflessione e di messa a fuoco. I ricercatori hanno poi continuato a sviluppare un modello di un’onda flessionale trasmessa attraverso una struttura discreta a supporto periodico che era applicabile ai ponti reali. Il team ha anche considerato la propagazione di una lesione del bordo o di un guasto in una struttura reticolare termoelastica, importante nella valutazione di affidabilità e sicurezza nel settore nucleare. DYNA META 11 ha affrontato la creazione di mantelli dell’invisibilità basati sulle trasformate geometriche che tengono in considerazione le onde acustiche ed elastiche fuori piano. Qui, gli scienziati hanno sviluppato teorie basate su trasformazione per valutare la qualità dei mantelli, nonchι le deformazioni flessionali nelle lamiere sottili. Quest’ultimo ha mostrato che, in contrasto con il precedente lavoro, è possibile costruire un mantello dell’invisibilità per tali sistemi con importanti semplificazioni. Infine, il team ha affrontato la progettazione ottimale di strutture di ingegneria snelle per la vita reale. In un caso, gli scienziati hanno usato i loro algoritmi matematici per facilitare il filtraggio e polarizzazione, consentendo il bypass delle onde elastiche indesiderate. L’algoritmo ha predetto la velocità di propagazione del guasto nel crollo del Ponte San Saba in Texas nel maggio 2013, molto semplicemente e con altissima precisione. DYNA META 11 ha prodotto importanti descrizioni matematiche della propagazione delle onde elastiche in supporti strutturati, tra cui i metamateriali come i mantelli. Le simulazioni numeriche accurate hanno offerto conoscenze dei reali problemi e fatto progredire la comprensione della rifrazione negativa scarsamente compresa nell’elasticità.
Parole chiave
Onda elastica, propagazione, composito, periodico, ad alto contrasto, metamateriale, ponte, mantello
