Meccanica Computazionale

La sezione di “Meccanica Computazionale e Materiali Avanzati” svolge la sua attività di ricerca nell’ambito della modellistica numerica con particolare enfasi sul metodo degli elementi finiti. Sfruttando le metodologie più avanzate della meccanica computazionale, il gruppo affronta in maniera sistematica lo studio teorico, numerico, modellistico e implementativo in svariati ambiti: strutturale, meccanico e biomedico.

Nello specifico, le attività del gruppo possono essere raggruppate in tre grandi aree tematiche:

  • Materiali;
  • Meccanica strutturale;
  • Tecniche numeriche innovative.

Attività in ambito materiali

  • Sviluppo e analisi di legami costitutivi per materiali tradizionali (acciai, calcestruzzi, muratura, schiume) e materiali avanzati (leghe a memoria di forma, leghe a memoria di forma ferromagnetiche, materiali biologici, geopolimeri…). In particolare, viene affrontato il problema di una modellazione costitutiva termodinamicamente consistente di leghe a memoria di forma che sia in grado di cogliere tutti i principali effetti macroscopici caratteristici di tali materiali innovativi.
  • Calibrazione dei modelli teorici e numerici dei legami costitutivi a partire da prove meccaniche svolte sia con le attrezzature di cui dispone il gruppo (es. MTS Insight Testing Systems 10 kN) sia con le attrezzature in dotazione al DICAr ed Eucentre.
  • Analisi e sviluppo di dispositivi meccanici, biomedici e strutturali che sfruttano e utilizzano materiali innovativi. In particolare il gruppo è attivo sia nell’analisi numerica dei dispositivi sia nella loro prototipazione, svolta anche grazie ai dispositivi di stampa 3D in dotazione al gruppo (High Resolution Object 30Pro 3D printer).

Attività in ambito meccanica strutturale

  • Sviluppo e analisi di elementi finiti misti e misti-enhanced per materiali comprimibili, quasi-incomprimibili e incomprimibili, in regime di piccole e grandi deformazioni. In particolare, vengono affrontate le tematiche della determinazione numerica di instabilità fisiche per problemi non lineari incomprimibili e dello sviluppo di elementi finiti in grado di cogliere in maniera efficiente tali instabilità.
  • Sviluppo e analisi di elementi finiti di tipo trave, in regime di piccole e grandi deformazioni. In particolare, vengono studiati elementi trave non lineari e opportune tecniche numeriche per la determinazione di risposte strutturali fortemente non lineari e per l’analisi di problemi di biforcazione, di snap-through e di snap-back.
  • Analisi di strutture o dispositivi complessi utilizzando sia software commerciali (es. ABAQUS, ANSYS) che di ricerca (es. FEAP). A tal fine il gruppo gestisce un potente server di calcolo di oltre 170 core ed utilizza gli strumenti di calcolo di CINECA.

Attività in ambito tecniche numeriche innovative

  • Sviluppo e analisi di metodi meshless o basati su tecniche di collocazione, derivanti da classici metodi Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) o da tecniche di isogeometric analysis, per lo studio di problemi strutturali. In particolare, l’obiettivo è lo studio di tecniche numeriche per l’analisi di problemi di dinamica veloce e impatto, con particolare riferimento alla simulazione di esplosioni.
  • Sviluppo e analisi di tecniche di “isogeometric analysis”, i.e., approcci alla Galerkin, isoparametrici e a geometria esatta, basati su funzioni tipiche dei sistemi CAD, come le Non-Uniform Rational B-Splines. In particolare, viene studiata l’applicazione di tali tecniche numeriche innovative nei campi delle vibrazioni strutturali, della propagazione di onde, della turbolenza nei fluidi e dei problemi strutturali.
  • Analisi di problemi di interazione fluido-struttura con l’approccio immersed boundary.
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