EFFETTO DELLE CONDIZIONI DI VINCOLO SULLA RESISTENZA AD IMPATTO DI MATERIALI MICROPOLARI

This work analyzes the dynamic response mechanisms and energy concentration within porous cellular materials based on triply periodic minimal surfaces (TPMS) with a gyroid structure. In particular, the study focuses on the energy trapping phenomenon modulated by the trends of relative density ρ ̅(z) and twist rate τ(z), in order to optimize the impedance profile and attenuate impulse propagation along the structure. The strain energy density distribution e(z) within the component was described through an analytical formulation based on the Gibson-Ashby law. The analysis of the anomalous case with constant twist (τ=0°) demonstrated that the variation of density alone with a constant n=0,7276<1 is not sufficient to confine energy in the protected section. The introduction of the factor k(τ) is essential to overcome this limitation. Another fundamental aspect is the demonstration of the independence of the trapping mechanism from the base material: energy trapping is confirmed to be an exclusively geometric-topological property, allowing common design strategies to be adopted for any material.

Il presente lavoro di tesi analizza i meccanismi di risposta dinamica e concentrazione dell’energia all’interno di materiali cellulari porosi realizzati sulla base di superfici minime triplicemente periodiche (TPMS) con struttura a giroide. In particolare lo studio si concentra sul fenomeno dell’energy trapping modulato dall’andamento della densità relativa ρ ̅(z) e del twist rate τ(z), al fine di ottimizzare il profilo di impedenza e attenuare la propagazione dell’impulso lungo la struttura. Attraverso una formulazione analitica basata sulla legge di Gibson-Ashby è stata descritta la distribuzione della densità di energia di deformazione e(z) all’interno del componente. L’analisi del caso anomalo a torsione costante (τ=0°) ha dimostrato come la sola variazione di densità con una costante n=0,7276<1 non sia sufficiente a confinare l’energia nella sezione protetta. L’introduzione del fattore k(τ) è essenziale per superare tale limite. Un altro aspetto fondamentale è la dimostrazione dell’indipendenza del meccanismo di intrappolamento dal materiale di base: l’energy trapping si conferma una proprietà esclusivamente geometrico-topologica, consentendo di adottare strategie di progettazione comuni per qualsiasi materiale.