Il nuovo studio su metamateriali a coefficiente di Poisson negativo propone una geometria cellulare innovativa con potenziali ricadute nel settore delle protezioni strutturali e dell’assorbimento di energia.
Rielaborazione della cella a stella per migliorare la capacità di assorbimento dinamico
Un gruppo di ricercatori ha sviluppato una variante della struttura a nido d’ape a stella (SSH) introducendo una sotto-struttura frattale di secondo ordine, basata sui principi di auto-similarità e generazione iterativa propri della teoria dei frattali. La nuova configurazione, denominata Fractal Star-Shaped Honeycomb (FSSH), è stata ottenuta mediante un progetto simmetrico biassiale.
L’obiettivo dichiarato è il miglioramento della capacità di assorbimento energetico rispetto alla geometria stellare classica, mantenendo il caratteristico effetto di Poisson negativo (NPR). Le simulazioni agli elementi finiti hanno analizzato il comportamento a compressione dinamica nel piano a tre diverse velocità di impatto: bassa (5 m/s), media (30 m/s) e alta (100 m/s).
Confronto prestazionale tra SSH e FSSH a parità di densità relativa
I risultati indicano che, a parità di densità relativa, la struttura FSSH assorbe più energia della SSH. Questo miglioramento, tuttavia, si accompagna a una riduzione dell’effetto NPR. La modifica geometrica frattale, quindi, introduce un compromesso tra capacità dissipativa e deformazione laterale negativa.
L’analisi dettagliata ha evidenziato che l’aumento dello spessore delle pareti cellulari produce una deformazione più uniforme sotto compressione a bassa e media velocità. Per velocità media e alta, l’effetto NPR risulta più pronunciato a deformazioni assiali relativamente basse.
Influenza dello spessore delle pareti sulla risposta dinamica
Variando lo spessore delle pareti della cella FSSH, i ricercatori hanno osservato un significativo incremento della capacità di assorbimento energetico in tutti i regimi di velocità considerati. La modifica geometrica proposta consente quindi di adattare il comportamento meccanico del metamateriale alle specifiche esigenze di progetto, agendo su un parametro costruttivo controllabile.
Lo studio fornisce una strategia progettuale basata sulla geometria frattale per lo sviluppo di materiali avanzati ad alta dissipazione, con possibili applicazioni in ambiti che richiedono protezione da impatti e carichi dinamici.
La ricerca è pubblicata su Buildings, Vol. 16, Pages 2756 (doi: 10.3390/buildings16142756) e porta la firma di Tao Chang, Hao Wang, Yuyang Song e Pengcheng Li.
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