GIUNZIONI RISPETTO ALLE FORZE APPLICATE

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1 GIUNZIONI RISPETTO ALLE FORZE APPLICATE Irreversibili (a una via) Giunzioni fisse a forza costante Incastri Giunzioni fisse a forza variabile Reversibili (a due vie) Serrabili (viti e bulloni) applicati per torsione Non serrabili (chiodi e rivetti): applicati per compressione con deformazione plastica Rotazionale (es., ruota) Giunzioni flessibili (che consentono il movimento) (es., vite senza fine, martinetto, perni, giunti cardanici, ecc.) Lineare (es., biella) Oscillante (es., pendolo) Reciproco (in due direzioni del piano) (es., ago macchina da cucire)

2 REVERSIBILITÀ E IRREVERSIBILITÀ Lo snap fit (to snap = chiudere con un clic, to fit= adattarsi perfettamente) è un tipo di incastro molto diffuso, specie in plastica, per il basso costo e per la buona tolleranza dimensionale e quindi chiusura abbastanza ermetica. Lo snap fit può essere reversibile o meno, il che incide sul fine vita dell oggetto. Qui sopra: snap fit in alluminio reversibile termicamente per pannelli auto

3 REVERSIBILITÀ DELLE GIUNZIONI A VITE Sistemi a vite autofilettante (reversibili poche volte) Sistemi a viti esagonali e/o bulloni (reversibili, almeno in teoria, all'infinito)

4 ELEMENTI DI GIUNZIONE E FORZE APPLICATE La scelta di uno schema passante o mordente ha un'influenza sulla facilità di disassemblaggio: il sistema a vite passante, pur rendendo più facile modulare la forza di giunzione, richiede un periodico serraggio. I sistemi a vite passante danneggiano meno l'area di foratura, tuttavia richiedono operazioni di manutenzione periodica, in mancanza delle quali la struttura può avere problemi statici.

5 AVVITAMENTO E TORSIONE Per avere un indicazione della resistenza di un materiale alla torsione, si misura l angolo di torsione prodotto dal momento torcente (in N*m), data dalla forza esercitata da due forze uguali in senso opposto (coppia torcente) per la distanza tra loro. POSIZIONAMENTO E AVVITAMENTO E CURVA DEL MOMENTO TORCENTE

6 MINOR ATTRITO E FORZA DI TORSIONE SCINCO (pesce delle sabbie) struttura a nanoscaglie della pelle (sx.) e recupero di energia (isteresi) rispetto ad altri materiali (sotto) SISTEMI ANTIFRIZIONE ISPIRATI ALLO SCINCO ED APPLICATI SU RACCHETTE DA TENNIS

7 ALTRA APPLICAZIONE DELLE NANOSCAGLIE: COLORE STRUTTURALE Struttura gerarchica di una farfalla con colore strutturale (Morpho Rhetenor) Il colore strutturale dato dalle nanoscaglie viene amplificato, cioè insieme diffratto e diffuso, dalle rugosità presenti sulle superfici, che similmente a quanto avviene col suono di una serie di strumenti musicali accordati tra loro, danno un' interferenza costruttiva.

8 GIUNTI CIECHI E GIUNTI PASSANTI L incastro a tenone e mortasa è semplice, perché evita lavorazioni di punta (incastri a dentelli o a coda di rondine) con compressione locale

9 ATTRITO E GIUNZIONE: SISTEMI ANTI-SVITAMENTO SISTEMI DADO-CONTRODADO PRIGIONIERI (con dadi e rosette) VITI ANTIMANOMISSIONE I prigionieri presentano una forza di torsione ideale meno variabile rispetto al sistema dado-controdado (anche grazie alla rosetta che serve da distributore di sforzi), che comporta una maggiore complicazione costruttiva.

10 CHIODATURA Il legno è un materiale composito, costituito da una matrice e fibre di rinforzo, quindi ha proprietà migliori e maggior pregio se si riesce a conservargli delle fibre più lunghe possibile. La chiodatura ovale serve in particolare a resistere alle forze orientate nella zona di maggior deformazione elastica del legno (lungo le fibre) CHIODO IN ACCIAIO ZINCATO A-f hanno tutti in comune il venir martellati, quindi deformati plasticamente, ovvero incruditi, nel materiale da congiungere: in particolare, poi, il giunto corrugato viene utilizzato su giunti di legno particolarmente difficili da sostenere (p.es. ad angolo con forze applicate molto notevoli)

11 DEFORMAZIONE PLASTICA (martellamento) ED INCRUDIMENTO Durante l applicazione della deformazione plastica per martellamento il materiale gradatamente si infragilisce passando da A ad E (minore deformazione-minore presenza di «segni premonitori» della rottura) per una presenza di reti non controllate di difetti (dislocazioni a spigolo). Se ci sono pochi difetti non c è affatto deformazione, se ce ne sono troppi si arriva a fragilità per la difficoltà di avere deformazione nella direzione dello sforzo.

12 DUREZZA KNOOP (HK) Per materiali molto duri (vetro, ceramica) o per film sottili di polimero, dove si desidera un'indentazione molto piccola. La durezza Knoop è molto sensibile all'anisotropia del materiale, per via della punta romboidale. Simboli altre durezze : Brinell (HB o HBS, con la sfera in acciaio, e HBW con la sfera in carburo di tungsteno), Vickers (HV), Shore (HSA, HSD), Rockwell (HRA, HRC)

13 RIVETTATURA La rivettatura può essere utile nel caso si debba ripartire molto la forza su superfici accessibili solo da un lato e spesso metalliche (si fanno anche file di rivetti con diverse disposizioni geometriche): tuttavia i rivetti ciechi o quelli con controtesta, detti anche ribattini, sono assolutamente non sfilabili o disassemblabili senza la almeno parziale distruzione del pezzo. RIVETTI A FIORE PER FOTOVOLTAICO

14 ESEMPI DI TECNOLOGIA DEL LEGNO Ciclo del legno dal tronco al truciolato (ammettendo non si tratti di prodotto di riciclo) Lo studio degli anelli di sviluppo, detto dendocronologia, dà un'idea della storia dell'albero da cui il legno è stato tagliato. Le lavorazioni del legno sono basate o sul mantenere il più possibile la struttura delle fibre intatta o sulla triturazione e la formazione di trucioli disposti casualmente e tenuti a pressione e/o con colle.

15 MATERIALE DI RICICLO DA SCARTI DEL LEGNO (p.es. masonite) La masonite (hard-board, o HDF) è un materiale in pannelli di fibre di legno cotte al vapore e pressate. La lignina presente nello scarto ligno-cellulosico è sufficiente a far aderire il pannello senza adesivi. L adesivo è presente solo nell eventuale applicazione del piallaccio o di strati melamminici. Non confondere col truciolare, normalmente con colle e quasi privo di lignina. MASONITE IMPIALLACCIATA STRUTTURA IN MASONITE PROCESSO RECUPERO SCARTI DAL LEGNO

16 COMPOSITI RIPIEGABILI Modello di piegamento Nel caso dei compositi la ripiegabilità è molto difficile: per ottenere curvature si deve ricorrere o a fabbricazione con stampo e controstampo di grande precisione o a spessori estremamente sottili con geometrie particolari (p. es. forate) per ridurre il micro-imbozzamento delle fibre (v.sotto) che porta il composito piegato a rottura.. Riflettore pieghevole per antenna Strutture pieghevoli sono state realizzate per ora solo con compositi in fibra di carbonio

17 PIEGATURA DEL LEGNO (vapore saturo a 100 C) Isokon long chair (Marcel Breuer 1936) Indeco hammer head server (Tasmania 2009) Bonnie Alter 2006

18 MIURA-ORI (folding structures) I miura-ori sono nati come sistemi di piegatura intelligente, non ad angolo retto, in particolare sulla carta (carte geografiche, fazzoletti). (Anche altri oggetti d'uso comune Hanno metodi di avvolgimento che ne riducono l'usura, p.es. i cavi elettrici). Successivamente si è riscontrato che in natura esistono delle forme di ripiegamento ottimizzato, in particolare nelle foglie del carpino (dx.) e di altre piante soggette a notevoli variazioni dell'insolazione.

19 SISTEMI HERRINGBONE (a lisca d'aringa) E A B C D Per confronto si mostra il twill (saia) (molto usato nei compositi) in E La tecnica herringbone è in effetti uno sviluppo della flessione tipo miura-ori, che mostra come in realtà le pieghe, come in A, tendano gradatamente ad una curvatura, parziale come in B, e poi totale come in C. Il modello herringbone, da un tessuto, viene definito del broken twill in D, praticamente una diagonale interrotta. La disposizione herringbone a diversi gradi di curvatura si usa in bigiotteria.

20 DOVE LA PIEGATURA E DIFFICILE: CELLA FOTOVOLTAICA A Capsula di vetro o plastica trasparente B Griglia di contatto di materiale conduttore, spesso stampata con un adesivo d'argento C Strato anti-riflessione: tipicamente costituito dal basso verso l'alto da tre sottostrati: un materiale a medio indice di rifrazione (es. allumina), un materiale ad alto indice di rifrazione (es. ossido di tantalio) ed un materiale a basso indice di rifrazione (es. fluoruro di magnesio). D Regione di tipo N: silicio drogato con fosforo o arsenico. E Regione di tipo P: silicio drogato con boro o alluminio. Superficie di contatto, metallica, copre l'intera superficie posteriore ed agisce come conduttore.

21 COLLETTORI SOLARI NOMAD PORTABLE SOLAR PANEL FOLDING SOLAR PANEL SOLARROLL La pieghevolezza è ovviamente limitata dalla struttura rigida del modulo

22 MULTIFUNZIONALITÀ E INTEGRAZIONE Sistema di integrazione di pannelli fotovoltaici in tetti Data le difficoltà di costruire sistemi in film che siano piegabili e tuttavia efficienti, un'altra strada è quella dell'integrazione in un sistema più complesso che consenta anche di evitare l'aspetto geometrico del film. Questo metodo è adottabile in particolare se si ottiene anche un ciclo di vita più lungo. Sistema di integrazione di pannelli fotovoltaici in pannelli fonoassorbenti La multifunzionalità è tipica di molte applicazioni naturali, p.es. il sistema biomeccanico di movimento (es., zampa, ala) ha spesso integrato un sistema di sensori chimico, vibrazionale, altimetrico

23 STUDIO DEL PIEGAMENTO (folding) ESEMPI DI POSSIBILI PIEGATURE (fotolitografia) CAPSIDE DELLO ADENOVIRUS GEOMETRIE DI AUTOASSEMBLAGGIO (E in particolare è la geometria icosaedrica del capside, che è lo strato proteico dei virus, particolarmente fonte di ispirazione)

24 SISTEMI MODULARI E SENSORIALITÀ Sistema sensoriale a modulo di sensori di trazione e compressione nell'elemento di giunzione della zampa della blatta americana (Periplaneta americana) Sensore ispirato al cerco del grillo

25 ESTRATTO DA «LE VOCI DEL BOSCO» N.4 SULLA CAPACITA DI ADATTAMENTO E LA SPIRALITA DEL LARICE: Più in alto, verso la cima, il larice si avvitava a spirale [ ] «perché da piccolo è stato maltrattato. Il vento lo ha contorto quand era ancora un virgulto e le sue fibre, dalla base alla punta, non sono più diritte; quindi non possiamo tagliarlo. Per fare le baril (piccole botticelle ovali) servono doghe diritte»