Enhanced dissipation for improved mechanical performance: a journey from concrete structures to functional materials [Miglioramento della dissipazione per prestazioni meccaniche ottimizzate: un percorso dalle strutture in calcestruzzo ai materiali funzionali]

La risposta meccanica dei materiali reali è spesso governata da meccanismi microscopici, come lo scorrimento di microfessure, il rilassamento viscoelastico, le instabilità di flusso multifase o gli effetti elettromeccanici accoppiati, assenti nei modelli continui classici. Questa tesi sviluppa una metodologia di modellazione unificata per incorporare esplicitamente tali meccanismi, a partire da uno studio mirato sulla dissipazione nei materiali cementizi e generalizzandolo progressivamente a una varietà di materiali e sistemi multifisici. L'approccio arricchisce le teorie del continuo consolidate con variabili cinematiche o costitutive mirate, formula i modelli risultanti in modo variazionale per garantire la coerenza fisica e numerica e convalida le previsioni attraverso simulazioni agli elementi finiti, esperimenti e studi parametrici. Nella prima fase, il modello classico della trave di Timoshenko viene esteso per descrivere lo scorrimento per attrito all'interno di microfessure nel calcestruzzo, consentendo una previsione accurata dei cicli di isteresi in condizioni di flessione e di taglio ciclici. Questa strategia viene poi adattata alla biomeccanica corneale, combinando la modellazione a elementi finiti con l'elastografia a onde di taglio per identificare i parametri viscoelastici sia nelle cornee sane sia in quelle affette da cheratocono, con applicazioni nella diagnosi precoce e nell'ottimizzazione del trattamento. La metodologia viene ulteriormente applicata a problemi multifase e termomeccanici, tra cui l'analisi sperimentale e numerica del fingering viscoso in mezzi porosi fratturati e la modellazione del processo di fusione laser a letto di polvere per leghe Inconel 718 con e senza dispersione di nanoparticelle. Infine, la metodologia viene generalizzata a materiali funzionali su scala nanometrica, producendo un modello variazionale di ordine superiore per gli effetti flessoelettrici-fotovoltaici accoppiati in piastre sottili di BaTiO3, con implicazioni per la raccolta di energia e per i dispositivi MEMS multifunzionali. In questi diversi ambiti, la ricerca dimostra come una filosofia di arricchimento variazionale coerente possa essere trasferita da una specifica applicazione strutturale a sistemi di materiali ampiamente diversi. Il risultato è una gamma versatile di strumenti di modellazione che migliorano sia la comprensione scientifica sia la progettazione ingegneristica di materiali complessi e multiscala nelle applicazioni civili, biomediche, ambientali, manifatturiere e nanotecnologiche.

Grantor dc:publisher

Università degli studi di Catania

Year dc:date

2026

Author dc:creator

• CARDILLO, CHRISTIAN

Contributors dc:contributor

• CONTRAFATTO, Loredana Caterina

• Enhanced Timoshenko beam model
• 1D continua with microstructure
• Micro-crack
• Cementitious material
• Dissipated energy
• Friction
• Hysteresis cycles
• Modello di trave di Timoshenko migliorato
• continui 1D con microstruttura
• microfessure
• materiali cementizi
• energia dissipata
• attrito
• cicli di isteresi

Statement dc:rights

• info:eu-repo/semantics/openAccess
• license:PUBBLICO - Pubblico con Copyright
• license uri:iris.PUB02

Language dc:language

eng

Handle dc:identifier

https://hdl.handle.net/20.500.11769/705939

OAI identifier oai:identifier

oai:www.iris.unict.it:20.500.11769/705939