Valutazione numerica delle proprietà meccaniche di dispositivi pentamode per isolamento sismico

A numerical investigation is carried out in order to characterize the mechanical behavior of pentamode lattices, investigating their application as seismic isolation devices. Pentamode lattices have bulk modulus and shear modulus that can be adjusted according to the size of the members and the mechanical properties of the materials. The work is structured as follows: the first chapter introduces the pentamode structures, highlighting the characteristics that make these lattices suitable to be used as seismic isolators. The second chapter refers to the Finite Element Method (FEM) as the method implemented in the ABAQUS/CAE software. In the third chapter the study of the unit cell at the base of a pentamode lattice is performed: in this part of the work the creation of the numerical model and the results obtained about this unit cell is reported. The last chapter lists the numerical results obtained for the tested pentamode structures. Finally, through the curve fitting process and the regression analysis of achieved results, formulations are obtained in order to evaluate the mechanical behavior of the devices. Such formulations can be used to design the pentamode devices for seismic isolation applications.

Nella presente tesi è stata effettuata un’indagine numerica volta a caratterizzare il comportamento meccanico di strutture pentamode, con il fine di trovarne possibili applicazioni come isolatori sismici. I materiali reticolari di tipo “pentamode” presentano moduli di elasticità a compressione ed a taglio regolabili in funzione delle dimensioni delle membrature e delle proprietà meccaniche dei materiali impiegati. L’elaborato si struttura in quattro capitoli: nel primo si introducono le strutture pentamode, evidenziando le caratteristiche che rendono tali dispositivi così adatti ad essere utilizzati come isolatori sismici. Nel secondo capitolo si accenna al metodo agli elementi finiti (Finite Element Method – FEM) in quanto esso è il metodo alla base dei software di calcolo per l’ingegneria e, nello specifico, si introduce il software ABAQUS/CAE. Nel terzo capitolo si affronta lo studio della cella unitaria alla base di una struttura pentamode: in questa parte dell’elaborato è stata riportata la creazione del modello numerico e i risultati ottenuti per la cella unitaria. Nell’ultimo capitolo sono riportati i risultati numerici ottenuti per le strutture pentamode testate. Infine, attraverso processi di curve fitting e analisi di regressione di detti risultati, sono state ricavate formulazioni in grado di valutare il comportamento meccanico dei dispositivi. Le relazioni ottenute possono essere utilizzate per dimensionare i dispositivi pentamode nel caso di applicazioni sismiche.