L'attività di ricerca si inserisce in un contesto sperimentale
innovativo, quello dei cosiddetti materiali intelligenti (smart). Si
tratta infatti di materiali in grado di rilevare uno stimolo esterno e
rispondervi in maniera e in tempi predeterminati, per poi tornare al loro
stato originario una volta che tale stimolo sia stato rimosso.
Una particolare classe di materiali è costituita dalle leghe a memoria di
forma - shape memory alloys (SMA). Queste possono presentarsi
generalmente come leghe Alluminio-Rame-Nichel o più diffusamente Nichel-
Titanio, il cui nome commerciale è Nitinol. Queste ultime, nella maggior
parte delle soluzioni, vengono inserite come rinforzo in matrici di
materiali monolitici o compositi per dar vita agli SMART Materials, in
particolare, fili di SMA inseriti in matrici polimeriche possono svolgere
il ruolo di attuatori e/o sensori, modificando il comportamento
strutturale dei materiali compositi.
Scopo di questo lavoro di ricerca è stato la progettazione e la
realizzazione di un sistema di attuazione costituito da un tubo (lungo
200 mm, dal diametro interno di 20 mm, con spessore massimo di 2 mm) di
fibre di vetro (larghezza: 3mm) impregnate di resina epossidica in cui
sono stati integrati quattro fili di Nitinol lungo direzioni parallele
all'asse del tubo stesso. Quest'ultimo è stato realizzato utilizzando la
tecnica della filament winding con un angolo di avvolgimento di 60°. I
fili, riscaldandosi al di sopra di una caratteristica temperatura, sono
sottoposti ad una trasformazione di fase cristallina che dà luogo alla
contrazione dei fili stessi. Tale fenomeno comporta l'applicazione di una
sollecitazione a compressione sul tubo di composito, che è in grado di
torcersi grazie all'anisotropia del sistema e alla sua geometria
determinata sulla base di un modello matematico. Prove sperimentali,
condotte riscaldando i fili di SMA tramite corrente elettrica, hanno
condotto alla misura dell'angolo di torsione del cilindro che risulta
essere di 4.5°± 0.1°, per poi ritornare nella posizione iniziale in pochi
secondi, una volta che i fili si siano raffreddati.
Un sistema siffatto è stato pensato in alternativa agli esistenti
meccanismi di movimentazione delle superfici mobili alari.
Questo progetto è frutto della collaborazione tra l'I.M.C.B. (Istituto
per i Materiali Compositi e Biomedici) C.N.R ed altri enti: il C.I.R.A.
(Centro Italiano Ricerche Aerospaziali ed il Dipartimento di Ingegneria
dei Materiali e della Produzione presso l'Università degli Studi di
Napoli "Federico II".
Durante questo studio sono state individuate diverse proposte volte a
migliorare il design del pezzo e ad ampliare le potenzialità del sistema.
Sono infatti attualmente oggetto di sperimentazione presso l'I.M.C.B.
particolari processi termo-meccanici e sistemi più efficaci di controllo
della temperatura cui sottoporre i fili.
Immagini:
