Analisi preliminare del Comportamento Flessionale di una trave gonfiabile tramite modellazione ad elementi finiti = Preliminary analysis of the flexural behavior of an inflatable beam using finite element modeling

L'obiettivo della tesi è l'analisi del comportamento flessionale di una trave gonfiabile, destinata all'impiego in un braccio robotico, eseguita tramite la modellazione con il metodo degli Elementi Finiti (FEM). Per lo sviluppo del metodo è stato considerato un link con diametro di 110 mm e lunghezza di 400 mm, modellato come una trave incastrata da un lato con una pressione interna ed un carico concentrato applicato all'estremità libera. Lo studio mira a determinare il carico limite oltre il quale il comportamento strutturale del materiale non può essere descritto da un modello lineare. In un link gonfiabile sottoposto a flessione, il carico limite (Wrinkling Moment) corrisponde alla generazione di pieghe nella parte più sollecitata portando così ad un rapido aumento delle deformazioni della struttura. Dopo uno studio preliminare del progetto, si è effettuata l’analisi agli elementi finiti della trave in ambiente Matlab, con l’ausilio del Partial Differential Equation toolbox. Al fine di descrivere il comportamento non lineare del componente è stato utilizzato un metodo iterativo con un progressivo incremento del carico applicato. In ogni iterazione il contributo non lineare derivante dall’aumento del carico esterno viene calcolato tramite il modello per materiali iperelastici di Mooney-Rivlin a 5 parametri e reinserito nel bilancio di equilibrio della struttura. Questo metodo consente di tracciare la deviazione dal comportamento lineare della trave fino al carico esterno desiderato permettendo l’analisi del fenomeno di wrinkling. Il modello di Mooney-Rivlin è stato sviluppato per descrivere il comportamento di materiali iperelastici. Tuttavia i concetti alla base della sua teoria possono essere adattati ed utilizzati per lo studio di altri tipi di materiali, purché questi possano essere considerati quasi incomprimibili ed omogenei, ricavandone gli opportuni coefficienti attraverso le prove sperimentali di trazione, compressione e taglio. Il metodo è stato utilizzato per analizzare due differenti materiali (Vectran/MTM57 e PVC) sottoposti ai medesimi valori di pressione interna, ricercando il valore del momento corrispondente alla formazione delle prime pieghe e confrontandolo con quello previsto dallo studio teorico di Veldman.