Caratterizzazione numerico sperimentale di inserti porosi per pattini pneumostatici = Numerical and experimental characterization of porous inserts for pneumatic pads

I pattini pneumostatici porosi rappresentano una soluzione innovativa per applicazioni che richiedono elevata precisione di posizionamento, efficienza energetica e basso impatto ambientale. La loro principale caratteristica è l'uso dell'aria come lubrificante, con la formazione di un sottile strato pressurizzato, noto come meato, che elimina l'attrito tra le superfici in movimento. Il sistema di alimentazione è un elemento cruciale per garantire la stabilità e il corretto funzionamento dei pattini, e tra le varie configurazioni esistenti, il sistema di alimentazione poroso si distingue per la sua capacità di distribuire uniformemente la pressione dell’aria all'interno del meato. In questo lavoro di tesi è stato condotto uno studio approfondito sugli inserti porosi in grafite, valutandone la permeabilità e l’impatto sulle prestazioni dei pattini pneumostatici. A tal fine, è stato adoperato un banco di misura innovativo per la caratterizzazione della permeabilità, in parallelo ad un altro più tradizionale definito a getto libero. Il banco consente di regolare e monitorare la pressione di monte e di valle, permettendo di analizzare con precisione il comportamento dell’aria all’interno del materiale poroso. Le misurazioni sperimentali hanno permesso di verificare la validità della legge di Darcy e della legge di Darcy-Forchheimer, fornendo dati utili per la modellazione della portata d’aria attraverso l’inserto. Per approfondire ulteriormente le caratteristiche statiche e dinamiche dei pattini pneumostatici porosi, è stato utilizzato un banco di prova dedicato, che ha consentito di effettuare test di caratterizzazione statica e dinamica, nonché di analizzare il profilo di pressione. Parallelamente, è stato sviluppato un modello numerico in Matlab per la simulazione delle prestazioni dei pattini pneumostatici. Il modello, oltre a prevedere le caratteristiche statiche, è stato utilizzato per l’analisi dinamica attraverso il modello a gradino e con forzante. Inoltre, oltre alla versione in 2D, è stata implementata una 1D per velocizzarne i calcoli computazionali. La validazione del modello è stata effettuata confrontando i risultati numerici con quelli sperimentali, dimostrando una buona correlazione tra i dati. I risultati ottenuti evidenziano l’influenza della finitura superficiale sulla stabilità del pattino e sul consumo d’aria. È emerso che la rugosità della superficie attiva, misurata mediante rotondimetro e profilometro, influisce sulla distribuzione della pressione e sulle prestazioni generali del sistema. Ugualmente per danni superficiali, come scalfitture e occlusioni della porosità.