Modellazione agli elementi finiti del comportamento termo-meccanico di una struttura per applicazioni relative al monitoraggio strutturale

I ponti costituiscono da sempre un elemento fondamentale nell’ossatura infrastrutturale di un paese per la sicurezza, l’efficienza economica e la continuità di servizi. Con l’adozione di nuove tecnologie, negli ultimi anni, anche in Italia è cresciuto enormemente il settore della manutenzione predittiva per la valutazione dello stato di salute delle strutture. Tra i fenomeni a cui sono soggette le strutture durante la propria vita nominale, si trascurano spesso quelli legati alla temperatura. In realtà, i ponti sperimentano meccanismi di propagazione di calore complessi, governati sia da carichi termici esterni sia da fattori interni, che generano distribuzioni interne di temperatura che causano variazioni sensibili in alcune risposte strutturali. Il presente documento di tesi si prefigge l’obiettivo di studiare, tramite il programma di calcolo agli elementi finiti COMSOL Multiphysics, la modellazione del fenomeno della propagazione di calore all’interno di una trave in acciaio e di valutarne gli effetti sulla risposta strutturale, realizzando un accoppiamento termo-meccanico. L’organizzazione complessiva dell’elaborato si compone di un primo capitolo di trattazione fisica teorica della trasmissione di calore nei corpi. Nel secondo capitolo si introduce un problema nel campo fisico della propagazione di calore nei solidi, confrontandone la soluzione analitica con i risultati in output forniti da un modello agli elementi finiti allo scopo di valutare la validità dello stesso. Il terzo capitolo esplora invece il campo dell’analisi modale, sia con trattazioni teoriche sia attraverso modelli agli elementi finiti, per permettere un accostamento e una discussione sui dati restituiti. Infine, nel quarto capitolo si accoppiano la fisica della meccanica dei solidi e quella della trasmissione di calore, simulando in uno stesso modello le misure ottenute da studi preliminari, per consentire una valutazione organica dell’andamento delle deformazioni lungo la trave.