Emiliano Rustighi

La legge della reciprocità in acustica ed elastodinamica codifica una relazione di simmetria tra azione e reazione nei fluidi e nei solidi. Nella sua forma più semplice, afferma che le funzioni di risposta in frequenza tra due punti materiali qualsiasi rimangono le stesse dopo aver scambiato la sorgente e il ricevitore. La reciprocità ha permesso di realizzare numerose applicazioni che sfruttano la propagazione delle onde acustiche ed elastiche. Un recente cambiamento di paradigma ha portato alla realizzazione di strutture per la propagazione delle onde non reciproche, che possono consentire la creazione di dispositivi come specchi acustici unidirezionali, isolatori e isolanti topologici.

La sfida principale di questo progetto è la realizzazione di metamateriali le cui proprietà possono essere rapidamente cambiate nello spazio e nel tempo su una scala di lunghezze e di tempo simile a quella delle onde strutturali. Tale metamateriale meccatronico potrebbe essere realizzato utilizzando come cellula della struttura un oscillatore realizzato da un magnete permanente che oscilla tra due bobine. La corrente fornita alla bobina può essere utilizzata per modificare la rigidità effettiva dell'oscillatore. Un circuito di retroazione può essere utilizzato per regolare automaticamente le proprietà del metamateriale. Lo studente dovrà costruire e analizzare modelli analitici semplificati e modelli numerici FEM. Verranno anche eseguiti alcuni lavori sperimentali a supporto dei risultati numerici.

Le perdite dalle tubature sono un problema importante nel settore idrico, che causa problemi economici, sanitari e ambientali. I metodi acustici sono comunemente utilizzati per il rilevamento delle perdite, ma la loro efficacia è limitata per le moderne tubazioni in plastica a causa dell'elevata attenuazione delle onde. Questo progetto mira a sviluppare una simulazione numerica utilizzando il metodo degli elementi finiti (FEM) per studiare la propagazione delle oscillazioni di pressione in un fluido contenuto all'interno di un tubo interrato e la loro trasmissione alla parete del tubo e al terreno circostante. La simulazione prevede l'accoppiamento di tre diversi sistemi: il fluido come mezzo acustico, il tubo e il terreno come mezzi strutturali elastici lineari. Lo studio analizzerà l'accoppiamento tra fluido-tubo-terreno e fornirà approfondimenti sul comportamento dinamico dei sistemi di tubazioni interrate.

Il progetto si concentrerà sullo sviluppo di modelli FEM di analisi esplicita nel dominio del tempo di un tubo interrato riempito d'acqua per studiare la trasmissione del rumore da una perdita alla superficie del terreno e convalidare i modelli analitici esistenti. Lo studio contribuirà allo sviluppo di progetti efficienti e robusti di tecniche di localizzazione delle perdite e fornirà preziose indicazioni per l'industria idrica. Il progetto è adatto a un candidato con forti capacità analitiche/numeriche e un interesse per l'analisi acustica e delle vibrazioni.

La vibrazione strutturale può essere descritta utilizzando un approccio modale o ondulatorio a seconda dell'applicazione. Gli approcci ondulatori sono più appropriati ad alta frequenza dove è presente un'elevata sovrapposizione modale. Tuttavia, sperimentalmente il comportamento modale strutturale può essere facilmente ottenuto dalle misurazioni puntuali di spostamenti o accelerazioni. Lo scopo di questo progetto è di sviluppare un sensore di onde strutturali che utilizzi i segnali di un array di accelerometri. Una versione di laboratorio di questo sensore è stata precedentemente implementata ma era limitata alle onde flessionali nelle travi e dipendeva dalla previa conoscenza del numero d'onda della struttura. Durante il progetto lo studente dovrà inizialmente modellare la propagazione delle onde in travi e piastre. L’implementazione del sensore di onde strutturali su una trave infinita verra’ realizzata utilizzando una scheda Arduino o Bela. Successivamente il dispositivo verrà modificato per essere utilizzato su piastre.