RICERCA ITALIANA     

Collegamenti strutturali, discontinuita' fisiche e interfacce materiali: analisi e sperimentazione.

Università degli Studi di Napoli "Parthenope"

Abstract

L’insieme delle conoscenze e delle tecnologie allo stato dell’arte sembra ormai maturo per poter mirare ad un miglioramento delle prestazioni di materiali e strutture, verso obiettivi che si collocano sempre più in un ambito di affidabilità, sicurezza, durabilità e rispetto dell'ambiente. In questa direzione si concentrano importanti sforzi e risorse di ricerca nei Paesi industrializzati.
La presente proposta di ricerca si colloca in questo contesto, ritenuto di grande importanza strategica anche nel settimo programma quadro della UE, ed i suoi obiettivi sono densi di possibili sviluppi tecnologici. I risultati attesi, in termini di modelli, metodi di calcolo e procedure sperimentali, sono infatti concretamente trasferibili nel medio termine in nuove tecnologie per l’analisi di materiali, elementi strutturali ed assemblaggi complessi, per l’identificazione di modelli costitutivi, per la progettazione di materiali con caratteristiche ottimizzate per il settore d’impiego, per simulazioni numeriche di problemi di interesse industriale, e per la riduzione dei tempi di sperimentazione richiesti nello sviluppo di strutture di nuova concezione.
Il programma proposto si muove lungo le due direttrici fondamentali della modellazione meccanica e della sperimentazione su materiali e strutture, sollecitando un processo di aggregazione di competenze tra diversi settori scientifico-disciplinari tra i quali la Scienza della Costruzioni funge da catalizzatore, esaltando nel contempo le competenze dell’Ingegneria dei Materiali ed il ruolo rilevante delle capacità tecnologiche proprie dell’Ingegneria Industriale.
Le attività secondo cui il progetto è articolato, differenti per metodi di ricerca adottati e tipologie di materiali investigate, mantengono una unità nella ricerca di soluzioni tecnologicamente trasferibili, per ridurre i tempi e i costi di sviluppo di nuovi materiali, per migliorare le prestazioni di tecnologie destinate ad applicazioni strutturali, e per finalizzarne l’impiego in ambito civile ed industriale.
A parere dei proponenti, la trasversalità delle tematiche che si intendono sviluppare e dei risultati attesi della ricerca dovrebbe inoltre consentire il trasferimento di conoscenze tra tutti i settori disciplinari coinvolti, favorendo così una aggregazione fondata sulla base comune del metodo scientifico. <<<

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Nunziante Valoroso Università degli Studi di NAPOLI "Parthenope"

Obiettivo del Programma di Ricerca

Lo sviluppo di un programma di ricerca che si rivolge a problemi multidisciplinari di ingegneria a differenti scale di osservazione necessita di un’attività coordinata di gruppi che condividano esperienze complementari, e richiede nel contempo l’implementazione di modelli meccanici ben fondati e procedure e protocolli di test appropriati, obiettivi questi raggiungibili solo a patto di garantire la necessaria continuità tra Meccanica, Scienza dei Materiali e Ingegneria Industriale.
I tre obiettivi principali del presente progetto PRIN, che le cinque Unità di Ricerca (UdR) coinvolte si propongono di perseguire sinergicamente, sono individuati come segue.
A) Modellazione di interfacce e discontinuità
Il tema principale del Progetto è la modellazione meccanica di interfacce fisiche e materiali a differenti livelli di osservazione, dalla nano e microscala sino alla scala delle strutture ingegneristiche.
Questa attività sarà dedicata alla formulazione di modelli, allo sviluppo di elementi finiti e algoritmi numerici, da implementare in codici di calcolo e validare attraverso test rappprsentativi per i quali si renderanno disponibili dati sperimentali.
In particolare, le Unità di Ricerca (UdR) di Napoli, Torino e Catania, studieranno tre approcci complementari per la modellazione di interfacce
(i) Meccanica del Danneggiamento applicata alle Interfacce (IDM), per la modellazione alla macro e mesoscala di assemblaggi strutturali realizzati mediante incollaggio, orientati ad applicazioni industriali (UdR di Napoli). In questo contesto, si focalizzerà l’attenzione sui modelli di zona coesiva. Diversamente dai metodi direttamente correlati alla Meccanica della Frattura, i modelli basati sul concetto di zona coesiva possono coesistere ed interagire in modo naturale con altre forme di nonlinearità, siano esse costitutive o geometriche, e descrivere la risposta strutturale in condizioni di modo misto variabile e per condizioni di carico del tutto generali. Il principale obiettivo sarà lo sviluppo di formulazioni in grado di fornire previsioni attendibili per assemblaggi incollati.
(ii) Metodi agli Elementi Finiti estesi (X-FEM) per la descrizione di fenomeni multi-scala e produzione di calcestruzzi innovativi e sostenibili (UdR di Torino). La grande versatilità del metodo X-FEM deriva dalla indipendenza della mesh dalla presenza di interfacce. Al contrario dei classici metodi agli elementi finiti, nell’X-FEM la mesh può infatti essere sempre regolare, introducendo inclusioni, interfacce e discontinuità mediante una rappresentazione funzionale (level set). L’obiettivo principale sarà l’applicazione del metodo per l’analisi meso-meccanica di calcestruzzi innovativi, allo scopo di simulare distribuzioni di aggregati, e di determinare le proprietà macroscopiche nel solido eterogeneo come risultato di fenomeni meccanici presenti a scale differenti, ciascuno regolato da caratteristiche proprie.
(iii) Approccio alle Discontinuità Forti (SDA), orientato all’analisi ed alla simulazione della propagazione di fessure in materiali quasi-fragili ed assemblaggi strutturali (UdR di Catania). Il metodo SDA rappresenta la connessione naturale tra IDM e X-Fem. La propagazione di fratture, rappresentate da discontinuità di spostamento attraverso le interfacce, viene simulata attraverso arricchimenti locali nelle interpolazioni. Questa famiglia di metodi consente di cogliere interfacce con orientazione arbitraria, a patto di disporre di algoritmi di tracciamento robusti per seguire i percorsi di frattura. In questo contesto l’obiettivo principale della ricerca è di implementare una formulazione a danno per descrivere la transizione continuo-discreto, rivolta alla simulazione di processi di frattura in situazioni in cui non esistono interfacce fisiche note a priori.
(iv) Implementazione di un programma ad elementi finiti per simulazioni a grande scala (UdR Salerno). Obiettivo di questa attività è operare una sintesi dei precedenti punti (i)-(iii); modelli ed algoritmi numerici sviluppati, dapprima implementati in codici specifici per fini di ricerca, saranno poi transferiti in programmi di calcolo industriali, ottimizzati per simulazioni su grande scala (in collaborazione con altre UdR). Inoltre, la validazione dei modelli e le procedure di identificazione dei parametri verranno perseguiti attraverso l’attività di sperimentazione descritta nel seguito.
B) Attività sperimentale
Le attività di sperimentazione sono chiamate a svolgere un ruolo decisivo in questo progetto, con l’obiettivo di fornire indicazioni utili sia alla comunità scientifica che ingegneristica su metologie progettuali e procedure di test per strutture dotate di interfacce fisiche o materiali. Questa attività verrà sviluppata dalle UdR di Milano, Torino, Napoli e Salerno su materiali strutturati ed assemblaggi, a scale differenti.
(i) Analisi innovative basate su tecniche di correlazione di immagini digitali DIC (UdR Milano). Il principale obiettivo è lo sviluppo di un sensore DIC per la misura di spostamenti e deformazioni a scale differenti. Questa tecnica riveste grande interesse per l’attività di modellazione e sperimentazione di tutte le UdR coinvolte. Inoltre, la UdR di Milano intende realizzare prove di decoesione su assemblaggi che saranno progettati per generare nei provini stati di sforzo e di deformazione prossimi a quella attesi in condizioni di servizio.
(ii) Analisi delle strutture fini per la produzione di calcestruzzi innovativi e sostenibili (UdR Torino). Il principale obiettivo sarà di progettare e realizzare calcestruzzi innovativi contenenti distribuzioni di fibre a scale diverse, dai Nanotubi in Carbonio (CNTs) a rifiuti appositamente condizionati. L’influenza di tali fibre sulla risposta macroscopica di elementi strutturali sarà valutata mediante prove convenzionali di flessione e compressione, in presenza o meno di armatura.
(iii) Prove su assemblaggi incollati con rapporto di modo misto variabile, e trattamenti superficiali per migliorare le caratteristiche di resistenza (UdR di Napoli). I principali obiettivi saranno quelli di sviluppare un protocollo sperimentale completo per applicazioni industriali, che comprenda i tre punti seguenti: a) procedure per la preparazione del substrato, per migliorare la tenuta di un giunto; b) test meccanici da eseguire su provini di dimensione ridotta; c) calibrazione di modelli, d) progetto di connessioni per applicazioni industriali.
(iv) Prove sperimentali a scala reale (UdR di Salerno). L’obiettivo è di realizzare un programma sperimentale su un componente industriale a scala reale, sia in laboratorio che in situ. Si ritiene che questo tipo di prova possa fornire utili riscontri sulla affidabilità dei modelli e metodi numerici sviluppati, per applicazioni di ingegneria industriale.
C) Identificazione dei modelli, calibrazione e validazione
Obiettivo di questa attività è lo sviluppo di strumenti metodologici per l’identificazione di parametri contenuti in modelli costitutivi selezionati per le applicazioni. Questo compito sarà demandato alla UdR di Milano in collaborazione con altre UdR coinvolte nella modellazione meccanica. In particolare, saranno studiate procedure di identificazione deterministiche e stocastiche, basate sul monitoraggio mediante DIC, per calibrare i modelli per assemblaggi, adesivi e interfacce, e valutare l’incertezza relativa alle stime dei parametri dovuta alla dispersione dei dati sperimentali. Ove possibile, verranno sviluppati strumenti numerici specifici per le analisi di sensitività, ossia per il calcolo dei gradienti del campo di spostamento rispetto ai parametri incogniti. Sarà possibile analizzare vere e proprie mappe di sensitività, ingrediente chiave per la progettazione di prove innovative e la scelta ottimale delle misure. I tre temi elencati non vanno considerati in ordine statico, bensì in modo dinamico per realizzare un circolo virtuoso attraverso le intense interazioni tra le UdR su diversi temi di ricerca. <<<

Risultati parziali attesi

Nel seguito vengono riassunti e discussi i attesi del programma di ricerca, alla luce dei contributi previsti in ambito scientifico, industriale ed delle potenzialità applicative. Per ragioni di coerenza, si fa qui riferimento alle medesime tre macro-categorie già impiegate nella presentazione del progetto:
A) Modellazione di interfacce e discontinuità;
B) Attività sperimentale;
C) Identificazione, calibrazione e validazione di modelli.
anche se parzialmente a dispetto del carattere trasversale di alcuni dei temi in esse presenti.

A).La formulazione di modelli costitutivi e strutturali avanzati per giunti ed interfacce, da implementare in codici commerciali agli elementi finiti e da validare attraverso benchmarks e sulla base di nuovi riscontri sperimentali, ci si attende contribuisca in misura significativa al progresso dell’ingegneria orientata ad applicazioni industriali. Questi modelli sono elencati e discussi di seguito.

(i) Modelli basati sulla Meccanica della Frattura d’Interfaccia (IDM) forniscono formulazioni atte a predizioni quantitative per componenti ed assemblaggi realizzati mediante incollaggio. Diversamente dai metodi che direttamente discendona dalla Meccanica della Frattura, tali modelli posono portare in conto in modo del tutto naturale la variazione del rapporto di modo misto ed inoltre, fatto ancora più importante, possono interagire con altre forme di nonlinearità, costitutive o geometriche. Questa è peraltro una circostanza assai frequente per molte strutture e configurazioni di giunti, per i quali i meccanismi di crisi possono essere descritti facendo ricorso ad una analisi in regime completamente nonlineare in cui si include una descrizione appropriata della rottura dello strato adesivo.
(ii) Il metodo agli Elemeni Finiti Estesi (X-FEM) si prevede contribuisca in modo significativo alla modellazione meso-meccanica del calcestruzzo, sebbene analisi a scala reale non siano ancora possibili a causa dell’elevato costo computazionale del metodo. Si ritiene inoltre che quest’ultimo possa essere utilmente impiegato nella progettazione e produzione di calcestruzzi innovativi, attraverso simulazioni numeriche per lo studio di differenti percentuali e tipologie di aggregati e per lo studo della composizione del calcestruzzo, anche in prospettiva della produzione industriale di calcestruzzi sostenibili basati sull’impiego di rifiuti e scarti opportunamente condizionati, quali frammenti di vetro e pneumatici.
(iii) L’approccio alle Discontinuità Forti (SDA) consentirà di simulare la propagazione di fratture in materiali quasi-fragili ed assemblaggi strutturali, descrivendo la transizione continuo-discreto in situazioni dove interfacce fisiche non sono note a priori. Percorsi di frattura oscillatori, ovvero che si estendono attraverso lo strato di adesivo (fratture coesive) e poi deviano all’interfaccia (frattura adesiva) o viceversa, possono verificarsi nella pratica sperimentale; la descrizione di tali situazioni fuori dalla portata dell’approccio IDM, ma può essere analizzate efficacemente tramite l’approccio SDA.
Modelli ed algoritmi numerici sviluppati con queste tre metodologie, inizialmente implementare in codici specifici ad uso dei ricercatori, verranno poi trasferiti in applicativi FE commerciali (quali ABAQUS o ANSYS), per condurre simulazioni a scala reale di prove innovative su assemblaggi e componenti industriali. Anche se tali simulazioni possono avere un elevato costo computazionale, strumenti numerici di questo tipo consentono di ottenere risultati accurati a scale diverse.

B ). Il progetto di test innovativi per assemblaggi con giunti, adesivi o interfacce si ritiene susciterà grande interesse in realtà industriali. Inoltre, l’impiego di un sistema a Correlazione di Immagini Digitali (DIC) per il monitoraggio delle prova, che operi su differenti scale di osservazioni, permetterà di progettare prove “non-banali”, anche su assemblaggi e pannelli a scala reale:
(i) in laboratorio, allo scopo di generare nel provino stati di sforzo e di deformazione vicini a quelli attesi nelle reali condizioni di servizio (o anche in condizioni difficilmente raggiungibili per la strumentazione convenzionale, come per es. alla micro e nanoscala, o ad alte temperature);
(ii) in situ, per attività di diagnostica e monitoraggio in ambienti industriali.

L’impiego di sensore DIC si ritiene possa determinare l’evoluzione verso un differente approccio metodologico alle attività sperimentali. Infatti, in condizioni ultime o di servizio, nulla impedisce che processi meccanici distinti possano originarsi simultaneamente, ed interagire tra loro (per es., frattura dello strato adesivo, dissipazioni plastiche concomitanti negli strati di aderenti, fenomeni locali di delaminazione, ecc.). Ovviamente, tali interazioni possono comportare problemi enormi per quanto riguarda la simulazione della risposta globale del provino, che in linea di principio dovrebbe tenere in conto tutti questi fenomeni concomitanti ed eventualmente interagenti. Anche da questo punto di vista, la tecnica di monitoraggio tramite Correlazione di Immagini Digitali risulta essere vantaggiosa, se confrontata con misure globali tradizionali. Infatti, un sensore DIC permette di trascurare la risposta globale del provino e le condizioni al contorno sul provino (se necessario queste informazioni possono essere recuperate in seguito per una verifica incrociata), e di monitorare localmente solo una regione ristretta, quasi estraendola e isolandola dalle zone circostanti.

C ). L’impiego in ambienti industriali di tecniche di analisi inversa basata su prove sperimentali innovative, si ritiene possa contribuire in misura significativa alla fase di progetto di materiali e strutture ingegneristiche, con conseguente risparmio in termini di tempi e costi. Infatti, quando dati forniti da prove di laboratorio convenzionali vengono impiegati per una grossolana calibrazione di modelli, le predizione fornite dalle stime dei parametri che ne risultano spesso non possono ritenersi attendibili, perché basate su una modellazione semplicistica o condizioni di carico troppo povere.
Modelli costitutivi avanzati generalmente contengono numerosi parametri, molti dei quali privi di un chiaro significato meccanico, e le strategie adottate per stimarli spesso non raggiungono l’obiettivo atteso, per ragioni diverse. L’analisi inversa intende sviluppare strategie efficaci per stimare, con accuratezza ed in modo simultaneo, parametri del modello accompagnati da misure di incertezza, sulla base di dati riguardanti stati di sforzo e deformazioni il più vicini possibile a quelli attesi nelle reali situazioni di servizio. Un ingrediente fondamentale per tali procedure di identificazione è rappresentato dalle cosiddette analisi di sensitività, ovvero calcoli dei gradienti del campo di spostamento rispetto ai parametri incogniti del modello, in funzione della storia di carico. “Mappe di sensitività” rappresentano uno strumento valido per la progettazione di prove e per la collocazione ottimale della misure durante gli esperimenti.
Anche attività di diagnostica e monitoraggio in situ costituiscono un tema avanzato, specie in ambienti industriali. Utilizzando tali prove si ritiene di poter riuscire a valutare lo stato di integrità e di buon funzionamento di strutture durante le reali condizioni di servizio, ed a progettare tempestivamente possibili interventi di ripristino. Esiste tuttavia una distanza considerevole tra la pratica sperimentale in situ in ambienti industriali, e lo stato dell’arte nella meccanica sperimentale e computazionale. In tal senso, l’impiego di procedure inverse, che combinino prove innovative, simulazioni numeriche mediante modelli costitutivi avanzati, e tecniche di identificazione dei parametri, si ritiene possa contribuire in misura significativa al processo di stima degli stati di sforzo locali e dei parametri incogniti. <<<

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Interfacce fisiche (la presenza di uno strato con funzioni di connessioni e giunzione) e materiali (ovvero brusche variazioni nelle proprietà di materiali costituenti) sono presenti ovunque in natura e in strutture realizzate dall’uomo, e la formazione di discontinuità come anche processi di propagazione di frattura in corrispondenza di tali interfacce possono essere individuati a diverse scale di osservazione. Tipici esempi sono: alla macroscala, strutture ingegneristiche assemblate collegando elementi strutturali dissimili con giunti meccanici o adesivi; a livello mesoscopico, materiali compositi ottenuti attraverso processi di laminazione; alla micro a nanoscala, resine epossidiche modificate con l’aggiunta di gomme, calcestruzzi rinforzati mediante micro-fibre o nano-particelle. Per questi e molti altri sistemi, il collasso è spesso provocato dalla nascita e nucleazione di difetti in corrispondenza di interfacce.
La modellazione di interfacce e discontinuità può essere affrontata fondamentalmente mediante tra approcci differenti.
(i) Meccanica del Danno di Interfacce (IDM)
Nella maggior parte dei casi, all’atto dell’innesco della decoesione in un giunto adesivo, le forze superficiali che gli aderendi si tramettono non si annullano istantaneamente in virtù dell’azione di forze coesive che precedono la formazione di nuove superfici di discontinuità (Barenblatt, 1962). Tale interazione può essere efficacemente descritta mediante un modello di zona coesiva definendo un’interfaccia sulla quale ha luogo, o è lecito attendersi, la propagazione di una frattura. Quest’ultima induce la presenza di discontinuità nel campo di spostamenti che, in ogni punto dell’interfaccia, possono essere messe correlate alle forze superficiali attraverso una relazione nonlineare in grado di rappresentare le diverse fasi del processo di decoesione, dalla condizione iniziale non danneggiata, a quella solo parzialmente danneggiata e fino alla propagazione della frattura.
Durante gli ultimi due decenni la IDM è stata oggetto di una letteratura piuttosto estesa; tale circostanza è imputabile a due fatti: i) a differenza di altri approcci direttamente correlati alla LEFM, i modelli di zona coesiva possiedono il vantaggio di non richiedere la presenza di una frattura preesistente per simulare la decoesione; ii) almeno in linea di principio, i modelli di zona coesiva si prestano ad essere accoppiati con altre nonlinearità materiali o geometriche nell’adesivo o negli aderendi.
Esistono tuttavia numerose circostanze in cui tale accoppiamento è abbastanza difficile, e la tendenza che generalmente si riscontra in letteratura è quella di cercare, fin dove possibile, di preservare una formulazione ‘lineare’ della legge coesiva. Inoltre, la natura softening della legge costitutiva, produce dipendenza spuria dalla discretizzazione ed instabilità e oscillazioni nel percorso di equilibrio, sotto forma di snap-back e snap-through, che possono essere affrontati solo impiegando metodi basati su tecniche path-following della famiglia “arc-length” di Riks-Crisfield
(ii) Metodi agli Elementi Finiti Estesi (X-FEM)
Nel metodo degli elementi finiti standard i lati degli elementi devono essere allineati con le discontinuità: ciò rende di fatto impossibile la modellazione accurata di compositi, sia ordinati che disordinati (come i calcestruzzi). Infatti, la generazione di una mesh che rappresenta il singolo grano di aggregato o fibre ordinate o disperse in una matrice presenta costi computazionali proibitivi.
Inoltre, una seria contro indicazione delle funzioni di forma continue è che fenomeni localizzati vengono rappresentati in modo distribuito su uno o più elementi, e, quando l’entità dei salti di spostamento attraverso la discontinuità è troppo elevata, la convergenze ne può risultare pregiudicata. Nell’X-FEM la mesh può essere sempre regolare ed inclusioni, interfacce, discontinuità di varia natura sono introdotte attraverso una rappresentazione funzionale (level set) [34] che viene espressa solitamente attraverso opportuni valori nodali: il metodo consente di coniugare la possibilità di modellare problemi con non linearità di tipo geometrico e di materiale (tipica degli elementi finiti standard) e di rimuovere il problema della generazione della mesh (e di raffittimenti molto spinti) per problemi complessi, caratterizzati dalla presenza di numerose interfacce o da superfici di discontinuità mobili.
A questo metodo si può idealmente attribuire una data di nascita, con il lavoro di Babuska e Melenk (1997), che per primo introdusse in meccanica computazionale il concetto di Partizione dell’Unità; successivamente, sono poi apparsi in letteratura numerosissimi contributi.
Sebbene basato su una matematica avanzata della teoria degli insiemi di livello e altamente costose sotto il profilo computazionale (ancora oggi, una analisi a scala reale mediante X-FEM è fuori portata), le simulazioni mediante X- FEM permettono di superare difficoltà nella modellazione della geometria dei materiali eterogenei e forniscono risultati molto accurati per fenomeni complessi.
(iii) Approccio alle Discontinuità Forti (SDA)
Quest’ultimo approccio può essere considerato dal punto di vista concettuale come un collegamento tra IDM (i) e X-FEM (ii).
L’approccio alle Discontinuità Forti (SDA) permette di descrivere il comportamento di un solido fino a rottura. Esaurita la fase elastica, la risposta diviene non lineare; inizialmente nascono discontinuità “deboli”, ovvero danno localizzato su una regione finita, che dà luogo ad una campo di deformazione discontinuo. Infine, quando si attivano discontinuità “forti”, la banda di localizzazione degenera in una superficie (interfaccia), il campo di spostamento diviene discontinuo attraverso l’interfaccia stessa, ed il corrispondente campo di deformazione diviene singolare (Simo&amp;Oliver, 1994).
La caratteristiche salienti del metodo SDA per la descrizione di processi di frattura sono (Oliver et al, 2001): a) si introduce una cinematica arricchita, che permette “salti” nel campo di spostamento; b) vengono impiegati elementi con discontinuità immerse, che evitano il remeshing e rendono possibile adottare una discretizzazione piuttosto rada senza compromettere l’accuratezza dei risultati; c) processi di dissipazione nel volume o su superfici possono essere trattati nel medesimo contesto continuo; d) la direzione di propagazione della frattura viene determinata mediante le proprietà spettrali del tensore acustico. Sebbene le equazioni governanti il processo di frattura possano essere ricavate in maniera variazionalmente consistente, alcune difficoltà rimangono ancora irrisolte, tra cui la implementazione di un algoritmo robusto per la descrizione di biforcazioni nel percorso di frattura e la generazioni di interfacce con orientamento arbitrario in problemi tridimensionali.

Prove innovative e calibrazione dei modelli
I Modelli di interfaccia e di discontinuità richiedono una specifica base sperimentale, dal momento che prove tradizionali, progettate con lo scopo di generare stati di sforzo e deformazione uniformi, non sono certo adatte a questo scopo. Negli ultimi anni si stanno progettando specialmente in ambienti industriali prove innovative e non convenzionali, allo scopo di migliorare le modalità di sperimentazione tradizionali. Diverse sono le ragioni di questo fatto: da un lato, computer sempre più potenti permettono di effettuare simulazioni su grande scala con tempi di calcolo sempre più ridotti, e pertanto stati di sforzo complessi possono essere previsti ed analizzati mediante l’utilizzo di codici commerciali; dall’altro lato, si implementano strumenti di misura avanzati, quali ad esempio metodi ottici come l’interferometria “speckle” (ESPI), o procedure di correlazione di immagini digitali (DIC) a scale diverse (Hild et al., 2005).
Tale approccio alla progettazione viene portato alle estreme conseguenze dallo studio e verifica di esperimenti da effettuarsi in situ. Impiegando tali prove in situ, al momento basate su ipotesi meccaniche non molto raffinate, si presume di riuscire a valutare lo stato di funzionamento e di integrità complessiva di strutture durante le condizioni di servizio, e progettare tempestivamente interventi di ripristino opportuni.
Un distanza importante rimane comunque da colmare tra la pratica sperimentale in ambienti industriali, e lo stato dell’arte nella meccanica computazionale e sperimentale.
Modelli costitutivi avanzati contengono numerosi parametri, molti dei quali privi di un chiaro significato meccanico. Le tecniche di identificazione impiegate per ottenere delle stime dei parametri sulla base dei dati sperimentali disponibili, non forniscono risultati attendibili per diversi motivi.
Queste carenze possono essere affrontate mediante l’analisi inversa (Maier et al, 2005), sebbene nell’industria tale concetto non sia stato ancora implementato e forse neppure recepito. Un ingrediente importante per le procedure di identificazione è rappresentato dalle analisi di “sensitività” (Kleiber et al, 1989; Tortorelli and Micharelis, 1994), ossia dal calcolo dei gradienti del campo di spostamento rispetto ai parametri incogniti, in funzione della storia di carico. E’ possibile fare ricorso a vere e proprie “mappe di sensitività”, che rappresentano uno strumento indispensabile per la progettazione di prove innovative e la scelta ottimale delle misure.
Due metodologie vengono comunemente impiegate in letteratura: (i) il metodo di differenziazione diretta (DDM); (ii) il metodo dello stato aggiunto (ASM). <<<