ITUB20153899A1 - Struttura tensairity con funi a memoria di forma. - Google Patents
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Description
Struttura tensairity con funi a memoria di forma
La presente invenzione riguarda una struttura tensairity con funi a memoria di forma.
Più precisamente, la presente invenzione riguarda un elemento strutturale noto in ambito tecnico come "tensairity " che introduce come elementi distintivi rispetto alla tecnica nota: (i) funi in lega a memoria di forma (SMA) con comportamento superelastico (SE) e a memoria di forma (ME); (ii) tenditori meccanici per la regolazione delle tensioni iniziali nelle funi; (iii) opzionalmente un apparato di controllo (processore) collegato a circuiti elettrici che inducono il passaggio di corrente ad intensità variabile nelle funi SMA; (iv) opzionalmente dispositivi per il monitoraggio in tempo reale della temperatura e del livello di tensione nelle funi SMA; (v) opzionalmente dispositivi per il monitoraggio in tempo reale delle oscillazioni della tensairity; (vi) opzionalmente nuove geometrie strutturali in grado di sostenere azioni statiche e dinamiche multidirezionali.
Stato della tecnica
Il termine "tensairity" è un marchio registrato dalla Airlight Ltd Via Croce 1, 6710 Biasca, Svizzera presentato come nuovo concetto strutturale da R.H. Luchsinger, A. Pedretti, M. Pedretti e P. Steingruber
[1,2]. I brevetti precursori e successivi a questa invenzione sono numerosi. In seguito vengono riportati e brevemente descritti i brevetti depositati che hanno una relazione con l'invenzione qui proposta.
In ordine cronologico il primo brevetto che accoppia elementi gonfiabili connessi ad elementi rigidi per formare una struttura assimilabile ad una trave è l'US 2936056 A del 1957 [3], nel quale vengono descritti gli scivoli gonfiabili a lunghezza variabile per evacuare i passeggeri di un velivolo. Tale brevetto ha avuto grande risonanza considerando il numero di brevetti ad esso correlati presentati successivamente e la longevità dell'applicazione proposta, ancora utilizzata nel presente.
Nel brevetto US 5311706 A del 1991 [4] viene proposta una struttura reticolare gonfiabile che può avere diverse forme. Essa è costituita da uno scheletro rigido delimitato da fogli di Mylar che formano un involucro gonfiabile oppure da cilindri gonfiabili interconnessi da elementi rigidi. Quest'applicazione è stata proposta per collegamenti di satelliti o di navi. Lo stesso autore ha proposto un nuovo brevetto [5] collegato al precedente nel quale lo scheletro rigido della struttura gonfiabile è costituito da fasci di fibre rinforzate che realizzano degli elementi di forma cilindrica tipo cavo. Questi fasci, inizialmente flessibili, contengono all'interno dei filamenti di materiale termoplastico. Una volta che la struttura gonfiabile ha assunto la forma desiderata, i filamenti vengono fatti fondere con delle sorgenti di calore e i vari fasci irrigidendosi formano lo scheletro della struttura gonfiabile.
Nell'anno 2001 viene registrato il brevetto US 6463699 B1 [6] intitolato “Air beam construction using differential pressure chambers". L'applicazione consiste in una membrana gonfiabile di forma cilindrica al cui interno viene fissata una trave con sezione a I costituita da materiale flessibile impermeabile all'aria. La trave con sezione ad "I" divide la membrana cilindrica in quattro camere d'aria e contiene al suo interno del materiale compressibile {si parla di “micro bead particles or similar material"). Immettendo dell'aria in pressione nelle quattro camere d'aria il materiale contenuto nella trave ad I viene compresso e l'intera struttura acquista rigidezza.
Il brevetto con il quale viene rivendicato per la prima volta il concetto strutturale di tensairity è il US 20060260209 [7] registrato nel 2004, Viene proposta una struttura gonfiabile (membrana flessibile) solidarizzata con un elemento rigido di elevata snellezza in grado di sopportare uno stato di compressione. Intorno alla membrana cilindrica vengono avvolti elicoidalmente in direzioni apposte almeno due elementi tensionati connessi agli elementi compressi. L'idea di base è quella di gonfiare l'elemento pneumatico in maniera tale che gli elementi avvolti elicoidalmente vadano in tensione e l'elemento rigido in compressione. L'elemento compresso inoltre viene stabilizzato dall'elemento pneumatico il quale evita il raggiungimento del carico d'instabilità.
Il brevetto US 20080295417 [8] del 2008 presenta un assemblaggio di almeno tre cilindri gonfiabili tra loro solidarizzati. Uno dei tre cilindri gonfiabili ha una lunghezza pari a circa la metà degli altri. Nell'insieme i cilindri in pressione formano un arco da utilizzare come scheletro di strutture quali cupole.
Nel 2011 Mauro Pedretti (inventore delle tensairity) propone un nodo strutturale [9] per l'ancoraggio di una o più tensairity. Tale nodo è in grado di fornire compressione e trazione ai componenti strutturali della tensairity utilizzando delle viti e degli ancoraggi di cavi non descritti.
Il brevetto più recente relativo alle tensairity è il US 8640386 B1 [10] registrato nel 2012. In questo brevetto viene semplicemente proposto di inserire all'interno della classica tensairity (la quale è soggetta a basse pressioni di gonfiaggio) una o più celle gonfiabili che possono essere a loro volta gonfiate ad alta pressione. L'idea di base è quella di aumentare la rigidezza flessionale dell'intera struttura con le suddette camere d'aria interne ad elevata pressione.
Descrizione generale dell'invenzione
Facendo riferimento alla figura 1, gli elementi di base costitutivi di una tensairity sono rappresentati da una trave 130 di elevata snellezza, una struttura gonfiabile 120 a forma cilindrica realizzata con una membrana di forma cilindrica, un insieme di funi 110, 140.
La trave 130 è resa solidale ad una direttrice del cilindro mentre una coppia di funi 110, 140 ancorate alle estremità della trave si avvolgono intorno al cilindro gonfiabile 120. Il cilindro viene gonfiato determinando uno stato di trazione nelle funi e di compressione nella trave ad elevata snellezza. La tensairity può sostenere dei carichi trasversali / agenti nel verso indicato in Figura 1. Essi generano un incremento di tensione nelle funi e di compressione nella trave snella 130. Il principio meccanico di funzionamento di una tensairity consiste nella ripartizione della trazione e della compressione rispettivamente tra le funi e la trave snella. L'elemento pneumatico 120 assolve a tale funzione e allo stesso tempo esercita un'azione di contrasto sulla trave ad elevata snellezza evitandone lo svergolamento per l'elevata azione di compressione. Carichi aventi direzione e verso differenti rispetto a quelli indicati in Figura 1 non possono essere applicati alla tensairity in quanto non permettono di sviluppare il meccanismo portante compressione-trazione.
La caratteristica principale delle tensairity consiste nella capacità di sostenere un determinato carico trasversale a fronte di un peso strutturale che è circa 10 volte minore rispetto ad una trave tradizionale in acciaio. Questa formidabile capacità deriva dalla razionale ripartizione della compressione e della trazione, e dal fatto che la membrana {elemento pneumatico) applica alla trave compressa un'azione stabilizzante che le impedisce di perdere la stabilità per carico di punta.
Le tensairity possono essere utilizzate per la realizzazione di coperture di grande luce, ponti temporanei o grandi strutture per ricoveri di emergenza. Tali strutture hanno in comune il fatto di essere soggette in condizioni di esercizio ad azioni prevalentemente statiche.
A causa del loro basso smorzamento strutturale le tensairity non sono adatte per applicazioni in cui siano presenti forzanti dinamiche. Esempi di tali applicazioni sono le strutture aerospaziali che possono comprendere dirigibili, piattaforme stratosferiche o, più in generale, habitat spaziali. L'invenzione si propone di superare questa intrinseca limitazione della tecnica nota. Inoltre, ulteriore scopo dell'invenzione è quello di fornire mezzi tecnici innovativi affinché la tensairity diventi una struttura attiva in grado di modificare le proprie caratteristiche meccaniche in tempo reale sulla base delle esigenze di esercizio.
E' oggetto della presente invenzione una struttura secondo le allegate rivendicazioni, che fanno parte integrante della presente descrizione.
Gli elementi inventivi introdotti rendono la tensairity un prodotto tecnologico ad elevate prestazioni che si rendono necessarie per talune applicazioni nei settori industriali e civili.
L'invenzione verrà ora descritta a titolo illustrativo ma non limitativo, con particolare riferimento ai disegni delle figure allegate, in cui:
- la figura 1 mostra un esempio di elementi di basi costituenti una tensairity, secondo la tecnica nota;
- la figura 2 mostra una tensairity per azioni multi direzionali, secondo la presente invenzione;
- la figura 3 mostra in (a) una vista tridimensionale e in (b) una vista in pianta della tensairity toroidale, secondo la presente invenzione;
- la figura 4 mostra un ciclo tensione-deformazione di una fune SMA a comportamento SE, secondo la presente invenzione;
- la figura 5 mostra cicli forza-spostamento della tensairity a memoria di forma, secondo la presente invenzione;
- la figura 6 mostra cicli tensione-deformazione di una fune SMA a comportamento SE all'incrementarsi della temperatura, secondo il comportamento sperimentale riportato in letteratura;
- la figura 7 mostra l'effetto di memoria ad una via di una fune SMA a comportamento ME, secondo il comportamento sperimentale riportato in letteratura;
- la figura 8 mostra un sistema per il controllo attivo della tensairity, secondo la presente invenzione;
- la figura 9 mostra sezioni trasversali di funi miste lega a memoria di forma-altro materiale a trefolo singolo nelle quali i fili in grigio scuro sono in lega a memoria di forma ed i restanti in altro materiale, secondo la presente invenzione; - la figura 10 mostra sezioni trasversali di funi miste con leghe a memoria di forma e altro materiale a trefolo multiplo nelle quali i fili in grigio scuro sono in leghe a memoria di forma ed i restanti in altro materiale, secondo la presente invenzione;
- la figura 11 mostra sezioni trasversali di funi di tipo chiuse nelle quali i fili cilindrici rappresentati in grigio scuro sono in leghe a memoria di forma mentre i restanti fili sagomati che realizzano la chiusura sono in altro materiale, secondo la presente invenzione;
- la figura 12 mostra una prova di trazione ciclica per la fune di diametro pari a 5,7 mm. Si osserva una notevole dissipazione isteretica.
Descrizione dettagliata di esempi di realizzazione dell'invenzione
Facendo riferimento alla figura 2, la tensairity secondo l'invenzione presenta almeno quattro aste 230 ad elevata snellezza solidarizzate lungo quattro direttrici dell'elemento pneumatico 220. Intorno a quest'ultimo vengono avvolte almeno quattro coppie di funi SMA e/o miste acciaio-SMA e/o altro materiale-SMA 210. Ogni coppia di funi presenta almeno un avvolgimento intorno all'intero involucro pneumatico e viene ancorata alle estremità dell'asta associata.
Tale schema realizzativo rende la tensairity capace di sostenere azioni nelle due direzioni trasversali e nei due versi.
La configurazione di figura 2 non è limitativa delle geometrie che possono essere generalizzate utilizzando un numero maggiore di travi con varie sezioni ed un numero maggiore di funi. Nel caso più semplice, non limitativo, le funi vengono connesse alle aste attraverso specifici ancoraggi assimilabili a morsetti, ad esempio morsetti ad attrito in alluminio.
In Figura 3 è rappresentata una nuova geometria toroidale 300 della tensairity pensata in particolare per una struttura a portanza aerostatica (ad esempio, piattaforme stratosferiche) . Le aste 330 corrono lungo i paralleli dell'elemento pneumatico toroidale 320 (vedi Figura 3 (a)) e le funi SMA 310 sono avvolte intorno ad esso (vedi Figura 3 (b)) e connesse alle aste .
Incremento dello smorzamento strutturale
Un elemento della presente invenzione che permette di estendere il campo applicativo delle tensairity consiste nel sostituire le funi solitamente in acciaio con funi SMA (a comportamento superelastico e a memoria di forma) oppure miste acciaio-SMA o miste altro materiale- SMA dove per altro materiale si intende altra lega metallica ovvero materiali polimerici.
La presenza del materiale a memoria di forma SE incrementa notevolmente lo smorzamento della tensairity grazie alla trasformazione austenite-martensite generata da cicli di trazione nelle funi, senza mostrare deformazioni inelastiche residue. Il livello di smorzamento conferisce stabilità dinamica alla struttura ed inoltre esso può essere ampiamente regolato agendo sul numero e sulla sezione delle funi a memoria di forma. L'ampiezza dello spostamento al quale tale smorzamento viene raggiunto può essere variato con il livello iniziale di tensione nelle funi. Nella zona di collegamento tra le funi e le travi snelle sono collocati degli elementi meccanici per il pretensionamento aggiuntivo a quello già ottenuto con il gonfiaggio dell'elemento pneumatico. Gli elementi per il pretensionamento montano al loro interno delle celle di carico in grado di misurare il livello di pretensionamento applicato.
In figura 4 viene mostrato un ciclo tensionedeformazione sul quale viene indicato il livello di pretensione CTQ che permette al materiale SMA di dissipare energia a causa dei cicli deformativi indotti dalle azioni sulla tensairity. Il valore numerico della tensione di pretensione è estremamente variabile da lega a lega e varia notevolmente anche per una stessa lega con diverse composizioni e sottoposta a diverse lavorazioni. In ogni caso il punto σο-3⁄4 a cui ci si riferisce in figura 4 può essere definito come il punto di transizione {deformazione di transizione) dal comportamento elastico al post-elastico. Tale soglia è anche quella oltre la quale si può assumere che inizi la trasformazione austenite-martensite.
Un prototipo di tensairity con materiale SMA a comportamento SE è stato realizzato con un'asta in alluminio, un cilindro gonfiabile in PVC e due fili in materiale a memoria di forma (NiTiNOL). L'asta in alluminio è vincolata alle estremità a due supporti con una cerniera ed un carrello al fine di riprodurre uno schema a trave appoggiata. I fili a memoria di forma vengono pretesi attraverso il gonfiaggio del cilindro in PVC e con dei tenditori a vite. La tensairity viene sottoposta a cicli di spostamento trasversale nella mezzeria misurando con una cella di carico la forza opposta. In Figura 5 sono mostrate le curve forzaspostamento ottenute per due ampiezze di spostamento. L'energia dissipata è rappresentata dall'area interna al ciclo ed è dovuta alla transizione di fase del materiale a memoria di forma. Alla rimozione del carico la struttura non mostra deformazioni residue grazie alla “super-elasticità" del NiTiNOL costituente i fili. Le curve corrispondono ad uno smorzamento viscoso equivalente di circa il 4% (curva con ampiezza 2,5 mm) e 3% (curva con ampiezza 5 mm). A differenza della tensairity realizzata secondo l'invenzione, la tensairity realizzata secondo la tecnica nota mostra smorzamenti trascurabili ai fini di una stabilizzazione dinamica rapida (smorzamenti ben al di sotto dell'1%).
Controllo attivo della tensairity
Un ulteriore nuovo aspetto innovativo qui proposto sta nel fatto che la rigidezza delle funi SMA a comportamento ME può essere incrementata anche del doppio variando la temperatura della fune (per effetto Joule) facendovi scorrere della corrente elettrica In Figura 6 vengono mostrati dei cicli tensionedeformazione al variare della temperatura. Il modulo di elasticità tangente all'origine del NiTiNOL si raddoppia per un incremento di temperatura di circa 50°C a partire dalla temperatura ambiente di 20°C [11— 12].
Le funi a comportamento ME possono essere utilizzate come degli elementi attivi capaci di variare la loro azione sulla tensairity durante l'esercizio. Tali funi possono essere accorciate (fino al valore di 8 % della lunghezza se utilizza il NiTiNOL o il NiTiCu come lega SMA) variandone la lunghezza attraverso il riscaldamento per effetto Joule. Si vuole sfruttare il cosiddetto effetto ad una via dei materiali a memoria di forma per applicare in tempo reale uno stato di tensione aggiuntivo nella tensairity nei casi in cui ciò fosse necessario (ad es., perdita di pretensione a seguito di rilassamento visco-elastico oppure per esercitare controllo attivo della tensairity). L'effetto di memoria ad una via viene illustrato in Figura 7 [11-12]. La fune viene messa in esercizio nella tensairity nella sua configurazione allungata indicata da pi. Successivamente viene riscaldata per effetto Joule oltre la temperatura Af (Austenite finish) generando il recupero della deformazione imposta inizialmente. Essendo la fune ancorata alla struttura tensairity su quest'ultima viene applicata una tensione indicata dal punto p2 che si preserva anche quanto la temperatura della fune ritorna alla temperatura ambiente in p3. La tensairity proposta, rispetto alla tecnologia esistente, ha la possibilità di variare in tempo reale sia la rigidezza tangente che quella geometrica attraverso un apparato di controllo che regola la temperatura nelle funi SMA (selettivamente rispetto alla singola fune secondo le necessità valutate da un'unità logica di controllo) in base alle condizioni di esercizio. Inoltre è possibile garantire un adeguato livello di smorzamento strutturale nei confronti di azioni multidirezionali dinamiche.
Il sistema di controllo preposto a rendere la tensairity attiva viene schematicamente rappresentato in figura 8. Le funi SMA o miste SMA-altro materiale sono equipaggiate con una rete distribuita o continua di sensori per la misurazione in tempo reale della temperatura e del livello di deformazione. Nel caso di rete distribuita si possono avere estensimetri e termocoppie mentre nel caso di rete continua possono essere adoperate delle fibre ottiche.
Nella zona di ancoraggio tra le funi e le travi ad elevata snellezza sono posizionati degli elementi atti a fornire un pretensionamento aggiuntivo rispetto a quello ottenuto con il gonfiaggio dell'elemento pneumatico. All'interno di tali elementi sono incorporate delle celle di carico in grado di misurare il livello di tensione presente nelle funi. Le funi sono connesse ad un generatore di forza elettromotrice che permette lo scorrimento di corrente elettrica. Esse sono, inoltre, avvolte da un rivestimento che le isola dal resto della struttura. Un'altra possibilità è quella di equipaggiare il rivestimento, oltre che di materiale isolante, anche di materiale ad elevata conducibilità elettrica e di far scorrere in quest'ultimo la corrente elettrica. Infine le travi ad elevata snellezza sono equipaggiate con una rete distribuita di accelerometri.
La rete di sensori di estensione, temperatura, accelerazione e le celle di carico inviano le loro misurazioni ad una centralina di acquisizione la quale a sua volta invia tali informazioni al processore denominato CPU. La CPU elabora le informazioni in tempo reale attraverso specifici algoritmi che combinano simulazioni meccaniche, processi identificativi e cicli di controllo e regola tramite il generatore di forza elettromotrice l'intensità di corrente all'interno delle funi.
Tipologie di funi SMA e miste
Le funi utilizzate per le strutture tensairity possono essere realizzate in diverse formazioni che si differenziano in base al numero di trefoli, al numero di fili costituenti ogni trefolo, alla relativa posizione dei fili acciaio/SMA, ed agli angoli di avvolgimento dei trefoli e dei fili nel singolo trefolo. Le leghe a memoria di forma utilizzabili sono diverse: a base di nichel {NiTi - nichel e titanio; NiAl - nichel e alluminio), a base di rame (CuSn -rame e stagno; CuMn - rame e manganese; CuAlNi - rame, alluminio e nichel; CuAlZn - rame, alluminio e zinco), a base di ferro (FeTi - ferro e titanio; FePt - ferro e potassio; FeMnSi - ferro, manganese e silicio).
Nelle figure 9 e 10 vengono riportate rispettivamente alcune sezioni trasversali di funi a trefolo singolo e multiplo. La posizione dei fili in acciaio o altro materiale e dei fili in leghe a memoria di forma è ottimizzata in base all'applicazione considerata per produrre il comportamento meccanico desiderato. Per altro materiale si intende materiali metallici o polimerici. Le funi spiroidali sono denominate in base al numero dei fili che compongono i vari strati partendo dal centro verso l'esterno. Per le funi a trefolo multiplo viene indicato il numero di trefoli di ogni strato ed il numero di fili costituenti il singolo trefolo. I fili SMA sono in grigio scuro mentre i restanti in altro materiale. I fili SMA sono collocati (a) nel nucleo centrale della fune, <b) negli strati più esterni, (c) disposti in modo alternato con fili di altro materiale. Per ragioni realizzative l'ultimo strato è sempre costituito da acciaio e/o altro materiale, ad esempio polimerico. La disposizione alternata tra fili in altro materiale e/o SMA viene realizzata sia tra gli strati componenti la fune spiroidale che all'interno di uno stesso strato. Le funi di trefoli con disposizione alternata adottano con i trefoli lo stesso criterio dei fili nelle funi alternate spiroidali ed inoltre sono realizzate in configurazioni che adoperano, come singolo trefolo, le funi alternate di tipo spiroidale.
Le funi riportate nelle figure 9 e 10 possono essere di tipo spiroidale ad avvolgimenti vari, a fascio (fili paralleli) e poligonale (trefoli intrecciati) . In figura 11 vengono riportate tre possibili sezioni di fune di tipo chiuse (solitamente adoperate negli stralli) nelle quali i nuclei centrali sono in materiali a memoria di forma.
Le funi di figura 9 e 10, nel caso in cui sia necessario, possono essere realizzate anche interamente in lega a memoria di forma in virtù di elevate prestazioni richieste da una specifica applicazione della tensairity.
Una tra le funi miste di tipo spiroidale è stata realizzata dagli inventori in due diversi diametri. La prima fune di diametro totale 5,7 mm è costituita da acciaio inossidabile di tipo "AlSI 302" e lega a memoria di forma in Nichel e Titanio (NiTiNOL) con temperatura di inizio transizione austenitica As = -10 °C caratterizzata da comportamento pseudoelastico a temperatura ambiente. La seconda fune di diametro totale 19,5 mm è realizzata con la stessa lega a memoria di forma ma con acciaio inossidabile di tipo "AISI 304". La sezione trasversale di entrambe le funi è rappresentata in figura 9 (vedi (1+6+12+18+2 4)b). Essa è composta da 61 fili organizzati in un nucleo centrale e 4 strati successivi (1+6+12+18+24) avvolti in senso opposto. Gli strati contenenti 12 e 18 fili sono in NiTiNOL mentre i restanti sono in acciaio. Questa disposizione è ottimizzata per una specifica applicazione che richiede la transizione di fase dello SMA per sollecitazioni flessionali applicate alla fune. La figura 12 mostra una prova di trazione eseguita con una macchina MTS nel laboratorio di materiali e strutture del Dipartimento di Ingegneria Strutturale e Geotecnica (Sapienza Università di Roma). La curva di risposta sperimentale mostra una formidabile capacità di dissipazione isteretica. La deformazione residua è dovuta alla presenza di attrito e non a deformazioni inelastiche nel materiale.
In merito alla scelta del tipo di leghe a memoria di forma nella realizzazione delle funi, occorre distinguere tra funi utilizzate nella tensairity come attuatori (nelle quali è importante attivare l'effetto della memoria a temperature compatibili con 1'ambiente di esercizio) e le funi utilizzate per incrementare lo smorzamento intrinseco della struttura e variare la rigidezza tangente (nelle quali viene utilizzato l'effetto pseudoelastico o superelastico). Per il primo gruppo è preferibile l'utilizzo di leghe NiTiNol (Nickel-Titanio), mentre per il secondo gruppo si preferisce l'uso di leghe binarie di tipo Rame-Alluminio o ternarie di tipo Rame-Alluminio-Zinco che offrono il vantaggio dei minori costi in quanto costituite da metalli meno costosi del Nickel e del Titanio. Tuttavia tale criterio non è generale in quanto la scelta della lega e memoria di forma da adoperare per gli effetti SE e ME dipende dal tipo di applicazione della tensairity (in funzione del quale è stabilito l'aspetto economico) e soprattutto dal livello di prestazione che si vuole raggiungere nelle specifiche funzionalità.
Il processo di trefolatura delle funi miste ha richiesto la messa a punto di processi ad hoc rispetto ai metodi standard relativi a funi metalliche a causa della pseudo-elasticità del NiTiNOL i cui fili tendono a recuperare la forma iniziale, non preservando così l'avvolgimento impresso dal processo di trefolatura. Per ottenere funi che preservano la forma è necessario eseguire un doppio processo termico. Inoltre lo strato più esterno in altro materiale ha come finalità principale quella di racchiudere il materiale a memoria di forma favorendo così la compattezza e la tenuta radiale della fune. La fune mista in altro materiale e lega a memoria di forma ha, inoltre, il pregio di diminuire notevolmente i costi di produzione in virtù del minore impiego di lega a memoria di forma e di facilitare il processo produttivo rispetto a quello di funi interamente costituite da fili in lega a memoria di forma.
Vantaggi
La tensairity proposta permette di estendere l'applicazione di queste strutture ad ambiti caratterizzati dalla presenza di azioni dinamiche multidirezionali . Ciò è possibile grazie allo smorzamento aggiuntivo indotto dalla presenza di funi a memoria di forma. Queste ultime rendono inoltre la tensairity adattiva in base alle condizioni di esercizio. Risulta infatti possibile variare la rigidezza tangente e la rigidezza geometrica modificando per effetto Joule la temperatura delle funi SMA con comportamento superelastico e a memoria di forma. Il sistema di controllo è composto da un processore connesso ad una rete di sensori che monitora tensione e temperatura nelle funi ed oscillazioni nella tensairity. Il sistema, in base alle informazioni elaborate dal processore, è in grado di regolare il flusso di corrente elettrica nelle funi, quindi la temperatura, e di conseguenza la tensione.
Le aree di applicazione principali sono le strutture stratosferiche/spaziali, coperture di grandi superiici.
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In quel che precede sono state descritte le preferite forme di realizzazione e sono state suggerite delle varianti della presente invenzione, ma è da intendersi che gli esperti del ramo potranno apportare modificazioni e cambiamenti senza con ciò uscire dal relativo ambito di protezione, come definito dalle rivendicazioni allegate.
Claims (10)
- RIVENDICAZIONI 1. Struttura tensairity (200, 300), comprendente un elemento pneumatico (220, 320) che si sviluppa lungo almeno una direttrice, una o più funi (210, 310) connesse alle estremità di almeno una trave ad elevata snellezza denominata asta (230, 330) in zone di connessione tra le funi e le aste, detta almeno una asta (230, 330) essendo ancorata a detto elemento pneumatico (220, 320) lungo detta almeno una direttrice, la struttura tensairity essendo caratterizzata dal fatto che: sono comprese guattro o più aste (230, 330) poste lungo altrettante direttrici di detto elemento pneumatico (220, 330); sono comprese guattro o più coppie di funi (210, 310) in SMA e/o in una combinazione di un materiale e SMA; sono compresi tenditori meccanici per la regolazione delle tensioni iniziali di dette guattro o più coppie di funi (210, 310), posti in dette zone di connessione tra le funi e le aste.
- 2. Struttura tensairity secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto un materiale è 1'acciaio.
- 3. Struttura tensairity secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che detto SMA è il NiTiNQL o il NiTiCu.
- 4. Struttura tensairity secondo una gualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzata dal fatto di comprendere una sorgente di corrente elettrica connessa elettricamente a dette quattro o più coppie di funi, in modo tale che la corrente elettrica possa indurre una variazione di temperatura in almeno una di dette quattro o più coppie di funi.
- 5. Struttura tensairity secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto di comprendere una unità di controllo comprendente una serie di sensori di carico, deformazione e temperatura applicati in corrispondenti punti di dette quattro o più coppie di funi, nonché una unità logica elettronica configurata per regolare il flusso di corrente da detta sorgente di corrente a dette quattro o più coppie di funi sulla base delle rilevazioni di detta serie di sensori.
- 6. Struttura tensairity secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzata dal fatto che su dette quattro o più aste (230, 330) sono applicati una serie di accelerometri, preferibilmente micrometrici (MEMS).
- 7. Struttura tensairity secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6, caratterizzata dal fatto che dette quattro o più aste sono in alluminio o in altra lega metallica o in materiale composito laminato, ad esempio in fibre di carbonio.
- 8. Struttura tensairity secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7, caratterizzata dal fatto che detto elemento pneumatico è in PVC.
- 9. Struttura tensairity secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 8, caratterizzata dal fatto che detto elemento pneumatico è di forma cilindrica.
- 10. Struttura tensairity secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 9, caratterizzata dal fatto che detto elemento pneumatico è di forma toroidale.
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