COFIN • Materiali e Strutture Intelligenti

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COFIN Materiali e Strutture Intelligenti

Attività di ricerca svolta dall'unità dell'Università di Napoli "Federico II"  responsabile: A. Baratta

 

La unità di ricerca di Napoli ha lavorato su vari fronti di ricerca, da un lato mettendo a punto definitivamente procedimenti e algoritmi di cui si erano già individuati i punti più significativi, e dall’ altro impegnandosi nella ricerca di sistemi e algoritmi di controllo innovativi nell’ intento di migliorare la efficienza dei sistemi di controllo applicabili nel campo dell’ Ingegneria Civile, il cui principale problema si può individuare nella dimensione dei dispositivi e nella grandezza delle forze in gioco. Si è inoltre occasionalmente ampliato l’orizzonte di studio per scandagliare la possibilità di aprire nuovi filoni, in cui la tecnologia del controllo e l’ applicazione tecnologica dei nuovi materiali può dischiudere nuove prospettive di ricerca (ad esempio nel campo delle biotecnologie). Più in dettaglio, il lavoro svolto a tutt’ oggi si è articolato sulle seguenti tematiche: Indagine critica sulle procedure di controllo più diffusamente applicate anche nel campo della Ingegneria civile, in generale mutuate da altri settori. Si è così analizzata la tecnica di progettazione basata sulla ottimizzazione dell’ indice quadratico,  dimostrando che non sempre questo è in grado di garantire la efficienza del procedimento di controllo. Si è inoltre analizzato uno dei più comuni inconvenienti, e cioè il ritardo nell’ attuazione delle forze di controllo, che, date le masse e le inerzie in gioco nei problemi strutturali, è particolarmente sentito nel campo delle costruzioni civili [1,2]. Sviluppo e messa a punto di una procedura di progetto di un sistema di controllo per strutture tipiche dell’ Ingegneria civile, a più gradi di libertà (MDOF), utilizzando un algoritmo di controllo lineare e adottando il criterio dell’ ottimizzazione in norma della risposta strutturale, condizionata da un prefissato limite sulla intensità della forza di controllo. Il procedimento estende ai sistemi MDOF il procedimento a suo tempo ideato per sistemi elementari, tramite una generalizzazione dell procedura IMSC (Independent Modal Space Control). Il procedimento dimostra alla indagine analitica quanto numerica, ottime proprietà di robustezza; e consente peraltro di essere manipolato in modo da risolvere con relativa semplicità il problema della disposizione ottimale di sensori e attuatori, nella ipotesi realistica di non potere aspirare al controllo totale del sistema [3]. Implementazione di un procedimento di analisi efficiente di sistemi dinamici non lineari, eventualmente controllati, sotto l’ azione di una forzante stocastica non stazionaria (quale ad esempio un terremoto), mediante una tecnica di soluzione approssimata della equazione di Fokker-Planck-Kolmogorov. Adottando un approccio a chiusura entropica, la forma del  funzionale della densità di probabilità congiunta (joint probability mass function, JPMF) di spostamento e velocità è assunta a-priori come una funzione di densità di massima entropia, forzata a correlarsi ai momenti istantanei della distribuzione corrente fino ad un ordine N comunque grande [4,5]. Si è esplorata la possibilità di applicare la tecnologia del controllo alle strutture murarie con carattere storico e/o monumentale. In questa fase si sono eseguiti dei lavori esplorativi, considerando un modello strutturale semplice, e precisamente un portale ad arco murario. Tale struttura è stata studiata come un sistema articolato, il cui moto si evolve secondo un determinato modo di deformazione. Il sistema viene equipaggiato con una catena a lunghezza variabile, regolata secondo un algoritmo in grado di attenuare la risposta della struttura sotto uno scuotimento di tipo sismico [6,7]. Si è individuata la possibilità di realizzare un dispositivo di controllo che, insieme con un algoritmo opportunamente progettato, mostra doti di efficienza nettamente superiori, a quanto risulta dal confronto numerico, con le tecniche di controllo riscontrabili in letteratura. Tale procedimento, denominato algoritmo di controllo frequenziale, lavora sull’ intera storia temporale della risposta, con coefficienti distribuiti su una predefinita banda di frequenze, prevenendo gli effetti indesiderati indotti nella risposta strutturale dalla formulazione del problema svolta con riferimento allo stazionario. Il metodo, è stato testato per forzanti combinazioni lineari di più armoniche, provando una buona aderenza dei risultati numerici con la trattazione teorica e mostrandosi, sia nello stazionario che nel transitorio, molto più efficace delle classiche leggi di controllo ottimale [8,9,10]. Si sta infine studiando la possibilità di realizzare dispositivi e algoritmi in grado di controllare la risposta delle strutture anche oltre la soglia plastica, essendo ben noto che, specialmente nel caso di sollecitazione sismica,  la struttura può facilmente superare qualunque soglia di risposta predefinita e quindi saturare il sistema di controllo ed, entrare in campo plastico con risultati che, se non previsti, possono risultare assai controproducenti [11,12].

 

BIBLIOGRAFIA [1] Baratta, O. Corbi “On The Effectiveness Of Objectives Of Optimal Linear Control”, ERES’99, the 14th  International Conference on Earthquake Resistant Engineering. 15-17 Giugno 1999, Catania. [2] Baratta, O. Corbi  “Time Delay Limits in Active Feedback Control Systems”, ERES’99, the 14th International Conference on Earthquake Resistant Engineering. 15-17 Giugno 1999, Catania. [3] Baratta, C. Cennamo and G. Voiello "Design Of Linear Active Control Algorithms For Non-Stationary Unknown Forcing Function, Journal of Structural Control, N. 2/1998, pp. 7-31 [4] A.Baratta, O. Corbi “Analisi Dinamica di Strutture Non Lineari Soggette a Forzante Aleatoria Mediante Soluzione Approssimata dell’ Equazione di Fokker-Planck-Kolmogorov”, Meccanica Stocastica ’98, Convegno Nazionale del Gruppo AIMETA di Meccanica Stocastica. Giugno 1998, Lampedusa. [5] Baratta, O. Corbi “Approximate Solution of the Fokker-Plank Kolmogorov Equation for Nonlinear Structural Dynamics”, ECCM ’99, European Conference on Computational Mechanics. 31 Agosto - 3 Settembre 1999, Monaco [6] A.Baratta, C. Cennamo, O. Corbi “A Modal Approach to Active Control of Masonry Arches”, ICES ’98, 10th International Conference of Modeling and Simulation Based Engineering. 6-9 Ottobre 1998, Atlanta, Georgia (U.S:A.). [7] Baratta “Intelligent Systems And Historic Masonry Buildings”, In Advances in Structural Control, J. Rodellar, A.H. Barbat and F. Casciati Eds, CIMNE Press, Barcellona, Spain, 1999, pp. 287-322, ISBN 84-89925-41-0 [8] Baratta, O. Corbi  "Algoritmo di Controllo per Forzanti Armoniche nel Dominio delle Frequenze", GIMC ’99, 12° Conv. Naz. del Gruppo AIMETA di Meccanica Computazionale. 14-16 Luglio 1999, Napoli. [9] Baratta, O. Corbi  "Improved Control of Structures by Time-Delayed Algorithms", AICIVIL ’99, The 5th International Conference on the Application of Artificial Intelligence to Civil and Structural Engineering, 13-15 Settembre 1999, Oxford. [10] Baratta, O. Corbi "Controllo Attivo di Sistemi Strutturali Mediante Algoritmo Frequenziale Combinato", AIMETA 99, 14° Congresso Italiano di Meccanica Teorica ed Applicata, 6-9 Ottobre 1999, Como. [11] Baratta O. Corbi  “Progettazione di un Algoritmo di Controllo Attivo per Strutture  a Comportamento Elasto-Plastico”, ANIDIS ’99, 9° Convegno Nazionale ANIDIS “L’Ingegneria Sismica in Italia”, 6-9 Settembre 1999, Torino (in stampa). [12] Baratta, O. Corbi “A Optimal Approach to Linear Control of Elasto-Plastic Structures”, EMD ’99, 13th ASCE Engineering Mechanics Specialty Conference. 13-16 Giugno 1999, Baltimore, Maryland (U.S.A.).

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