Micromechanical modeling of imperfect interfaces and applications
Maria Letizia Raffa · HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe) · 2015
Il ruolo cruciale che le interfacce solide rivestono nei problemi strutturali in numerosi campi dell'Ingegneria e ormai consolidato (Ingegneria Civile, Ingegneria Meccanica, Biomeccanica, ecc.), sicuramente esse rappresentano un argomento di grande interesse scientifico. Al giorno d'oggi, la modellazione analitica e numerica delle interfacce strutturali sono un obiettivo sfidante, sia a causa dei complessi fenomeni fisici da tenere in conto (come l'adesione, il contatto non-conforme, la microfessurazione, l'attrito ed il contatto unilaterale), che della necessita di avere metodi numerici capaci di trattare simultaneamente l'esiguo spessore delle zone di interfaccia ed i salti nei campi fisici, relativi al problema considerato. La seguente tesi di dottorato mira a sviluppare uno strumento analitico consistente e generale, che sia capace di superare le restrizioni tipiche delle strategie modellistiche esistenti, riguardanti le interfacce soft e hard caratterizzate da una microfessurazione evolvente. Si propone un nuovo approccio, definito Imperfect Interface Approach (IIA). Quest'ultimo, accoppia coerentemente argomenti della teoria asintotica e tecniche di omogeneizzazione per materiali microfessurati nel contesto della Non-Interacting Approximation (NIA). Nel dettaglio, l'omogeneizzazione micromeccanica e impiegata per ottenere le proprietà elastiche effettive di un'interfase microfessurata situata tra due aderenti deformabili. Inoltre, utilizzando una procedura di sviluppo asintotico, vengono dedotte delle leggi di interfaccia nel problema limite, cioè per uno spessore di interfase che tende a zero. Nel contesto dell'elasticità lineare, l'IIA e impiegato con successo al ne di ottenere un insieme di modelli di interfacce imperfette, corrispondenti sia al caso di interfase tridimensionale inizialmente isotropo, che al caso di interfase bidimensionale inizialmente ortotropo. In particolare, nel caso bidimensionale si e dimostrato come si ottengano delle leggi di interfaccia rispettivamente soft e hard, in funzione dell'approccio d'omogeneizzazione adottato (in tensioni o in deformazioni). Generalizzando il metodo di sviluppo asintotico alla teoria elastica in deformazioni finite, si ottiene un modello d'interfaccia soft non-lineare. Come nuova applicazione, l'IIA e stato utilizzato al ne di formulare un modello di contatto non-conforme a molle equivalenti, che è stato confrontato con successo sia con le predizioni teoriche che con i dati sperimentali disponibili. Infine, sono state eseguite delle simulazioni numeriche, applicando alle strutture in muratura i modelli di interfaccia soft ottenuti nei casi lineare e non-lineare, confermando l'efficacia e la robustezza della formulazione proposta.