Sviluppo di un sistema sperimentale per identificare la conducibilità termica tramite misure di campo di temperatura

The following thesis shows the activities carried out during the internship at the Department of Industrial Engineering and Mathematical Sciences (DIISM) of the Università Politecnica delle Marche, under the attention of Professor Attilio Lattanzi and Professor Marco Rossi. The work involved the design and implementation of a new experimental method capable of characterizing the thermal properties of materials. In the first part of this discussion, thermal tests in general were considered, therefore some types of existing tests currently being used for the study of these types of properties were analyzed. Subsequently, the Virtual fields Method and the Thermal Virtual Fields Method were introduced, two inverse methods that make use of field measurements unlike the previously seen tests. In fact, on most of the tests, in order to evaluate the response of the material to the stresses, punctual measurements are carried out which allow to evaluate a local deformation or a local temperature. On the other hand, field measurements are much more complete and useful for the purpose of this study, which allow to evaluate the reaction of the material over an entire observation area. In the mechanical field there is already a test that uses this type of measurement. thanks to this, this test also allows to characterize the behavior of orthotropic materials. However, in the field of thermal analysis there is still no method with these characteristics. Designing it and making it happen was the goal of this internship. In the central part the various test design phases have been reported. It was necessary to define the geometry of the sample to be analyzed, look for a method for the administration of the thermal power and choose the material constituting the specimen. It was of fundamental importance to perform simulations using the Abaqus® FEM analysis software to check the compatibility of the previously chosen parameters. In the last phase of the work the test was carried out, all the setup and optimization phases of the setup that preceded the test and the various problems that had to be remedied were listed. The results can be viewed in the final part.

Nella seguente tesi sono mostrate le attività svolte durante il periodo di tirocinio presso il Dipartimento di Ingegneria Industriale e Scienze Matematiche (DIISM) dell’Università Politecnica delle Marche, sotto l’attenzione del Professor Attilio Lattanzi e del Professor Marco Rossi. Il lavoro ha riguardato l’ideazione e la realizzazione di un nuovo metodo sperimentale in grado di caratterizzare le proprietà termiche dei materiali. Nella prima parte di questa trattazione sono state prese in considerazione le prove termiche in generale, sono state analizzate perciò alcuni tipi di test esistenti e attualmente in uso per lo studio di questi tipi di proprietà. Successivamente sono stati introdotti il Virtual fields Method e il Thermal Virtual Fields Method, due metodi inversi che si avvalgono delle misurazioni di campo a differenza delle prove precedentemente viste. Su gran parte delle prove infatti, per valutare la risposta del materiale alle sollecitazioni, si effettuano misurazioni puntuali che consentono di valutare una deformazione locale o una temperatura locale. Si rivelano, invece, molto più complete e utili allo scopo di questo studio le misurazioni di campo, che consentono di valutare la reazione del materiale su tutta un’area di osservazione. In ambito meccanico è già presente una prova che si avvale di questo tipo di misurazione. grazie a questa caratteristica tale test permette di caratterizzare il comportamento dei materiali ortotropi. Nel campo delle analisi termiche non esiste ancora un metodo di questo tipo, idearlo e concretizzarlo è stato l’obiettivo di questo tirocinio. Nella parte centrale sono state riportate le varie fasi di progettazione del test. È stato necessario definire la geometria del campione da analizzare, cercare un metodo per la somministrazione della potenza termica e scegliere il materiale costituente il provino. Di fondamentale importanza è stato eseguire delle simulazioni tramite il software per le analisi FEM Abaqus® per verificare la compatibilità dei parametri scelti precedentemente. Nell’ultima fase del lavoro è stata realizzata la prova, sono state elencate tutte le fasi di montaggio e ottimizzazione del setup che hanno preceduto il test e le varie problematiche alle quali si è dovuto porre rimedio. I risultati sono visualizzabili nella parte finale della tesi.