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Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/2108/324

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contributor.advisorCafarella, Francesco-
contributor.advisorMaceri, Franco-
contributor.advisorSacco, Elio-
contributor.authorMicheletti, Andrea-
date.accessioned2007-04-13T09:08:20Z-
date.available2007-04-13T09:08:20Z-
date.issued2007-04-13T09:08:20Z-
identifier.urihttp://hdl.handle.net/2108/324-
description15. cicloen
description.abstractQuesta tesi si incentra sul problema di ricerca di forma per una struttura tensintegra modulare a forma di torre. Come premessa indispensabile per affrontare e risolvere questo problema, sono stati esposti i lineamenti dei metodi di calcolo di un generico sistema tensintegro. Questa esposizione non manca di elementi di novità, nè sarebbe pensabile il contrario. Infatti, non esiste ancora alcun manuale dedicato all'analisi di questi schemi strutturali, che sono stati introdotti in tempi relativamente recenti e considerati a lungo atti a realizzare oggetti ornamentali piuttosto che costruzioni suscettibili di utile impiego. L'idea prima di tensegrity structure è del 1948 ed è dovuta a K. Snelson e R. Buckminster Fuller; i loro rispettivi brevetti sono dei primi anni '60 [6, 33]. Una struttura siffatta appare a prima vista come una struttura reticolare spaziale, costituita da elementi rettilinei collegati tra loro soltanto da cerniere nodali. Mentre in una struttura reticolare le aste possono fungere da tiranti o puntoni a seconda dei carichi, gli elementi di una tensegrity structure conservano sempre la stessa natura, sicchè i tiranti sono (a meno che ragioni di costo lo sconsiglino) realizzati con cavi; di più, in ciascun nodo non converge che un solo puntone, sicché due puntoni non sono mai collegati tra loro, mentre i tiranti si organizzano in un'unica spezzata spaziale. Per sottolineare quest'ultima proprietà, Buckminster Fuller ha coniato il termine tens(ile-int)egrity, cui conviene far corrispondere in Italiano, secondo una proposta di F. Cafarella, l'aggettivo tensintegro. Finchè non se ne mette in opera l'ultimo elemento, un sistema tensintegro è pieghevole e privo di rigidezza: il sistema acquista forma e consistenza quando la distanza tra gli ultimi due nodi da collegare con un tirante (puntone) raggiunge un minimo (massimo). E' a questa proprietà di assumere a montaggio avvenuto una configurazione dispiegata che ci si riferisce parlando di ricerca di forma da parte di un sistema tensintegro. In una configurazione dispiegata, il sistema presenta di regola uno o più meccanismi (cioè, è capace di piccoli moti intorno a quelle configurazioni). Questi meccanismi vengono stabilizzati inducendo negli elementi uno stato di presollecitazione autoequilibrato (self-stress). Fissata una topologia (cioè, scelta una collezione di nodi collegati tra loro da tiranti e puntoni), le configurazioni dispiegate possibili possono essere più di una; si passa dall'una all'altra variando simultaneamente le lunghezze di due o piµu elementi. Cambiamenti di configurazione che interessano parti comunque piccole di un sistema tensintegro possono provocare cambiamenti significativi nelle proprietà meccaniche globali del sistema. Il complesso delle loro peculiari proprietà suggerisce l'impiego di sistemi tensintegri quando sia opportuno ricorrere a strutture pieghevoli o, più in generale, a geometria variabile, ovvero a strutture intelligenti (smart structures), singoli elementi delle quali servono da sensori o attuatori. L'interesse per i problemi teorici e tecnologici che la realizzazione di questi sistemi pone è relativamente recente. Basti qui fare un elenco delle principali linee di ricerca tuttora in corso; la semplice giustapposizione ne sottolinea la varietà, che discende dalla flessibilità di applicazione del principio di funzionamento di uno schema meccanico tensintegro. A partire dal 1989, sono state realizzate grandi coperture utilizzando strutture in parte tese in parte compresse, simili a sistemi tensintegri, ma che, a differenza di questi, necessitano di ancoraggi esterni [29]. Ingber [7] ha suggerito molte e interessanti analogie tra la struttura ed il comportamento meccanico delle cellule e quella dei sistemi tensintegri; Connelly [4], insieme a Whiteley [5], µe stato il primo a formalizzarne gli aspetti matematici, Calladine e Pellegrino [1, 2, 3, 27, 28] a studiarne gli aspetti strutturali. Motro [10, 14, 15, 16, 17, 18, 19] ha affrontato il problema dell'impiego di questi sistemi sia come strutture pieghevoli sia come strutture dell'ingegneria civile. Williams [39] ha ripreso, ampliandolo, il lavoro di Connelly e ha affrontato il problema del cambiamento di configurazione dispiegata. Oppenheim e lo stesso Williams [23, 24, 25, 26] hanno caratterizzato analiticamente la risposta statica e dinamica dei sistemi tensintegri. Skelton [32, 34, 40] è impegnato nella concezione di nuove tecnologie per sfruttare le proprietà dei sistemi tensintegri come strutture intelligenti, adattabili e controllabili. Per tornare, infine, alla proprietà di ricerca di forma, questa è associata ad un problema di estremo vincolato che risulta, salvo nei casi più semplici, di diffcile soluzione. Snelson, per realizzare le sue torri-scultura, ha risolto il problema per tentativi, aggiustando le lunghezze degli elementi dei propri modelli fino a raggiungere la configurazione dispiegata voluta. Soluzioni analitiche sono state trovate per torri di tipo particolare, prima da Sultan [35], poi da Murakami e Nishimura [20, 21, 22]. La soluzione data in questa tesi non soffe delle limitazioni di generalità che riducono l'interesse delle soluzioni trovate da questi autori.en
description.tableofcontentsPrefazione 5 Lista dei simboli 7 1 Introduzione ai sistemi tensintegri 9 1.1 Caratterizzazione 9 1.2 Meccanismi infinitesimi del primo ordine 12 1.2.1 Cinematica e statica 13 1.2.2 Aspetto energetico 13 1.2.3 Dinamica 15 2 Principi e metodi di calcolo 17 2.1 Metodo delle densitµa di forza 17 2.1.1 Equilibrio e congruenza 17 2.1.2 Matrici di connessione 19 2.1.3 Vincoli 20 2.2 Condizione di indeterminazione 21 2.2.1 Sottospazi fondamentali 22 2.2.2 Regola di Maxwell estesa 23 2.2.3 Classificazione strutturale 24 2.2.4 Condizione di indeterminazione 24 2.2.5 Trasformazioni a±ni 25 2.3 Condizione di stabilità 27 2.3.1 Carico geometrico 27 2.3.2 Condizione di stabilitµa 28 2.4 Risposta statica 29 2.4.1 Decomposizione di una matrice secondo i valori singolari 29 2.4.2 Teoria lineare dei meccanismi presollecitati 31 2.4.3 Calcolo iterativo non lineare 35 2.5 Ricerca di forma 37 2.6 Cambiamento di configurazione 39 3 2.6.1 La condizione di normalitµa 40 2.6.2 Equazioni differenziali 40 3 Torri di Snelson 43 3.1 Descrizione 43 3.1.1 Il modulo elementare 43 3.1.2 Assemblaggio di due moduli 48 3.1.3 Assemblaggio della torre 51 3.2 La regola di Maxwell per la torre 52 3.3 Equazioni in simmetria ciclica 56 3.4 Analisi del modulo elementare 58 3.4.1 Equazioni di equilibrio e congruenza 58 3.4.2 Ricerca di forma 60 3.4.3 Carico geometrico 64 3.4.4 Risposta statica 65 3.5 Ricerca di forma per la torre 67 3.5.1 Le equazioni del poligono di sella 68 3.5.2 Analisi del modulo di estremità 69 3.5.3 Assemblaggio consistente di due soli moduli 73 3.5.4 Analisi del modulo intermedio 74 3.5.5 Compatibilità tra moduli adiacenti 81 3.5.6 Soluzione della torre 82 3.5.7 Soluzione particolare per torri cilindriche 83 3.5.8 Costruzione di soluzioni generali per torri cilindriche 85 3.5.9 Torri rastremate 90 3.6 Meccanismo e self-stress 92 3.6.1 Assemblaggio di due soli moduli 92 3.6.2 Torri cilindriche: soluzione particolare 97 3.6.3 Torri cilindriche: soluzioni generali 105 Bibliografia 111en
format.extent77334 bytes-
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format.extent7834555 bytes-
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language.isoiten
subjectstruttura tensintegraen
subjectmetodo di calcoloen
subjecttorri di snelsonen
subject.classificationICAR 08; Scienza delle costruzionien
titleTorri tensigreteen
typeThesisen
degree.nameDottorato in Ingegneria delle struttureen
degree.levelDottoratoen
degree.disciplineFacoltà di Ingegneriaen
degree.grantorUniversità degli Studi di Roma Tor Vergataen
date.dateofdefense17 ottobre 2003en
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bibliografia.pdfbibliografia75KbAdobe PDFView/Open
lista_simboli.pdflista simboli112KbAdobe PDFView/Open
capitolo3.pdfcapitolo 37650KbAdobe PDFView/Open
capitolo2.pdfcapitolo 2340KbAdobe PDFView/Open
capitolo1.pdfcapitolo 1377KbAdobe PDFView/Open

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