Progetto di un metodo di misura per la caratterizzazione dinamica di pannelli a nido d'ape stampati in 3d: applicazione a componenti con differenti geometrie e imperfezioni geometriche indotte

In a perspective of Isolation from Vibrations, a sector of significant industrial interest, this work thesis is developed as a part of a bigger project initiated by the University College of London, Mechanical Engineering Department, London (UNITED KINGDOM). The aim of this project is to be able to fully foresee the vibrational behavior of reticular panels with different geometries and different imperfections and, consequently, to write a guide about design of reticular panels and relationships between geometric aspects and vibrational response. In addition to geometric variations, this work also studied the introduction of imperfections: cuts on the lattice structure given by the absence of 2 or more lattice walls, joining in this way 2 or more adjacent cells. This is to investigate as much as possible the relationship between 2D lattice morphology and corresponding vibrational transfer function. The samples were produced with stereolithography and laser sintering. With the aim of reducing noise and vibration in industrial engineering applications, the project focused on low and medium frequency range response (1-1000 Hz) which is typical of structural-borne noise in many engineering applications (e.g. vehicle chassis), and where there is limited experimental data on the dynamic response of periodic lattices. The first part of the work was focused on the experimental investigation of the structure. In this phase, the Frequency Response Function (FRF) of the samples was measured using a modal shaker, accelerometers and force meters in order to calculate the Accelerance, the ratio between the frequency dependent acceleration and the exciting force; this represented the main indicator used for comparison. The survey was divided into three different phases, considering the following variables: number of unit cells, relative density and introduction of imperfections, constituted by missing walls in the lattice. In the second part of the work, a numerical simulation of the structure dynamic behaviour was performed by means of a Finite Element Analysis using the ANSYS APDL software. It has been run an eigenvector analysis to extract natural frequencies and mode shapes of the structure and a harmonic analysis to calculate FRFs at specific points which could be compared with the measured ones. Finally, to experimentally estimate operational deflection shapes of the structure an analysis with a High-Speed Camera has been performed. The results show the increase in the natural frequency of the lattice structure as the relative density increases. In cases where cuts have been introduced due to lack of material, it can be seen that the more reticular walls are missing, the more the frequencies, related to the same modal shape, decrease.

In un’ottica di Isolamento dalle Vibrazioni, settore di rilevante interesse industriale, questo lavoro di tesi si sviluppa come parte di un progetto più grande avviato dall’ University College of London, Londra (REGNO UNITO). L’obiettivo di questo progetto è quello di poter prevedere in toto il comportamento vibrazionale di pannelli reticolari con geometrie differenti ed imperfezioni di diversa natura e, di conseguenza, arrivare a stilare una guida per la progettazione di pannelli reticolari tenendo conto delle relazioni tra effetti geometrici e risposta vibrazionale. Oltre a variazione geometriche questo lavoro si è occupato anche di studiare l’introduzione di imperfezioni: veri e propri tagli sulla struttura reticolare dati dall’assenza di 2 o più pareti del reticolo, andando così ad unire celle adiacenti. Questo per indagare quanto più possibile la relazione tra morfologia del reticolo bidimensionale e la corrispondente funzione di trasferimento delle vibrazioni. I campioni sono stati prodotti con stereolitografia e sinterizzazione laser. Con l’obiettivo principale della riduzione delle vibrazioni e del rumore nelle applicazioni industriali, il progetto si è concentrato su un range di basse e medie frequenze di risposta (1-1000 Hz) che sono caratteristiche di molte applicazioni ingegneristiche (es. chassis dei veicoli); questo anche alla luce del fatto che i dati a disposizione, per quello che riguarda la risposta dinamica dei materiali composti da reticoli periodici, sono limitati. La metodologia prevede la misurazione della FRF (Funzione di Risposta in Frequenza) tramite shaker modale, accelerometri e misuratori di forza per calcolare l’Acceleranza, rapporto tra l'accelerazione dipendente dalla frequenza e la forza eccitante; questo ha rappresentato l’indicatore principale di comparazione. L'indagine è stata divisa in tre diversi tipologie in base alle seguenti variabili: numero di celle unitarie, densità relativa e introduzione di imperfezioni costituite da pareti mancanti nel reticolato. L’Analisi agli Elementi Finiti per mezzo del software ANSYS APDL è stata utile per: simulare i test che sarebbero stati condotti, estrarre FRF, eseguire misurazioni localizzate e graficare le forme modali delle strutture modellate. L’analisi per mezzo della High-Speed Camera è andata ad indagare le forme modali che dei provini, trovando una correlazione concreta con i risultati provenienti dall’analisi numerica. I risultati dei test riportano l'aumento della frequenza naturale del materiale reticolare all'aumentare della densità relativa. Nei casi laddove si sono introdotti tagli dati da mancanza di materiale, si nota che tante più pareti reticolari vengono a mancare, tanto più diminuiscono le frequenze, in relazione alla stessa forma modale.