Sviluppo di un innovativo dispositivo di smorzamento semiattivo, basato su tecnologia piezoelettrica per il controllo strutturale antisismico di edifici

Il presente lavoro muove i suoi passi dalla collaborazione tra il Dipartimento d’Ingegneria Aerospaziale D.I.A.S., unitamente ad altri dipartimenti dell’Università degli Studi di Napoli Federico II, ed il Consorzio T.R.E., nell’attuazione del Progetto di Ricerca del M.I.U.R., denominato “Tellus Stabilita”, Il progetto è stato rivolto alla sperimentazione di prodotti e tecniche innovative ed allo sviluppo di nuove metodologie per la protezione dell’ambiente costruito civile dal danno legato a sollecitazioni dinamiche ambientali, in modo particolare di tipo sismico. Il progetto si è articolato su due linee di ricerca. La prima ha riguardato gli strumenti per l’analisi del territorio e dell’ambiente costruito. Relativamente a quest’area di indagine, nel progetto sono stati sperimentati strumenti, individuate ed applicate metodologie, che consentano una rappresentazione dell’ambiente costruito e che siano di supporto per una rapida individuazione delle aree o delle strutture a rischio per quanto riguarda le sollecitazioni dinamiche ambientali. La seconda linea di ricerca, relativa alle metodologie e tecnologie per il controllo strutturale, ha avuto come obiettivo la riduzione del rischio, derivante da sollecitazioni ambientali di tipo dinamico sulle costruzioni, attraverso un’attività di studio, sperimentazione e validazione di metodologie innovative.In questa seconda area di indagine si è inserita l’attività del Dipartimento d’Ingegneria Aerospaziale da cui parte, come ulteriore sviluppo, il lavoro, qui proposto. Considerando tra le fonti di rischio da sollecitazioni ambientali, in modo particolare, quelle sismiche, dato il loro elevato costo in termini di vite umane e di danni economici alle strutture, ci si è posti l’obiettivo di cimentarsi nello studio di un dispositivo di smorzamento che abbia un carattere innovativo. Il dispositivo è stato pensato per un eventuale impiego, finalizzato al controllo delle vibrazioni di una struttura civile durante un sisma. Per questo il lavoro s’inquadra nell’ambito della tematica più generale del controllo delle vibrazioni di una struttura e più specificamente nell’ambito del settore dell’antisimica ed ancor in modo più ristretto nella disciplina del Controllo Strutturale, di cui si parlerà diffusamente nel primo capitolo. L’iter, presentato al lettore, si sviluppa su un totale di sei capitoli. Nel primo capitolo, si presenta uno stato dell’arte del controllo strutturale. si classificano i dispositivi di controllo strutturale secondo tre grandi famiglie, andando a descrivere di ciascuna di esse le peculiarità, i vantaggi, gli svantaggi, i principali dispositivi e le principali applicazioni. Questa prima sezione, relativa allo stato dell’arte, nasce dalla convinzione che possedere un quadro d’insieme completo delle metodologie di controllo strutturale, permetta di studiare e comprendere meglio i dispositivi di controllo semiattivo, su cui si è posta l’attenzione dell’attività di ricerca.Nel secondo capitolo si presenta l’idea per uno schema originale per la realizzazione di uno smorzatore ad attrito e per l’implementazione in esso della tecnologia piezoelettrica. Lo schema, adottato, è stato elaborato all’interno del dipartimento D.I.A.S. (Dipartimento d’Ingegnerai AeroSpaziale) dell’Università Federico II di Napoli e risulta originale poiché non rifacentesi ad alcuna configurazione preesistente.Inoltre nel capitolo s’individuano, sia la struttura del telaio, sia dell’eccitante sismica, che definiscono una configurazione di studio, assunta come riferimento per definire le specifiche di progetto del dispositivo. Partendo da questa configurazione, si procederà a valutare, mediante uno strumento di simulazione, la risposta attesa della struttura, sia in condizioni di assenza di controllo sia di attivazione della tecnologia di controllo, opportunamente modellata nell’algoritmo di simulazioneNel terzo capitolo, s’illustra l’algoritmo di simulazione, sviluppato in ambiente Matlab/Simulink e denominato EarthSim, finalizzato a valutare la risposta della struttura in condizioni di assenza e di presenza del sistema di controllo. Nello stesso capitolo, utilizzando lo strumento di simulazione, appena citato, e fissato un target di riduzione della risposta della struttura, eccitata dal sisma scelto, si individuano i requisiti prestazionali, richiesti al dispositivo di controllo per conseguire il suddetto target. Nella stessa sezione, si fornisce anche una breve descrizione dell’algoritmo di controllo, che è stato modellato, insieme al dispositivo, nel software di simulazione.Nel quarto capitolo s’illustra la fase di progettazione, di dimensionamento geometrico e strutturale del dispositivo e quella della scelta dei suoi componenti costitutivi. La fase progettuale è qui presentata in sequenza ma essa ha costituito un ciclo progettuale, essendo le varie scelte fortemente correlate tra loro.Nel penultimo capitolo, si riporta la descrizione della fase sperimentale, a valle della costruzione del prototipo fisico. Si presenta il setup sperimentale, le prove eseguite sull’attuatore piezoelettrico e sull’intero smorzatore, riportando i risultati e le loro valutazioniNel sesto ed ultimo capitolo, si riportano brevemente le conclusioni dell’attività svolta ed in particolare i suoi possibili sviluppi futuri, alla luce anche di quanto visto in precedenza.