I materiali a memoria di forma: caratterizzazione e applicazione nel mondo dell'automazione

L'obiettivo di questo lavoro di tesi è stato studiare le caratteristiche, le proprietà, le applicazioni con conseguenti vantaggi e svantaggi di un particolare tipo di smart materials: i materiali a memoria di forma. Il capitolo 1 tratterà delle leghe metalliche a memoria di forma, il successivo si concentrerà invece sui polimeri a memoria di forma. In ognuno di questi, relativamente al materiale affrontato, si presterà particolare attenzione agli “effetti” che contraddistinguono tali materiali da quelli più comuni, come l’effetto memoria di forma o la superelasticità. Successivamente, nei vari sottoparagrafi, l’attenzione si sposterà sulle tecniche di caratterizzazione, utili per capire le proprietà di una lega o di un polimero rispetto ad un altro, e sulle conseguenti classificazioni di entrambi. Per quanto riguarda i polimeri, si accenneranno certi parametri fondamentali di cui è necessario tener conto per conoscere bene il polimero considerato. La trattazione, in ambedue i casi, terminerà con un focus sulle applicazioni più diffuse e su quelle più interessanti di tali materiali, fornendo dettagli sulle tecnologie utilizzate e sugli stimoli dettati per eccitare i sistemi.

Materiali a memoria di forma: caratterizzazione e applicazioni nel campo dei beni culturali

Questo lavoro di tesi nasce da un progetto di ricerca promosso nel 2001 dal Prof. Leonardo Seccia (Seconda Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì, e C.I.R.A.M., Università di Bologna), dal Prof. Nicola Santopuoli (Facoltà di Architettura Valle Giulia, Sapienza Università di Roma), dal Prof. Ingo Muller e dal Dott. André Musolff (Technical University Berlin, Facultat III, Thermodynamics). Tale progetto ha avuto come obiettivo lo studio, la progettazione e la realizzazione di un dispositivo di ancoraggio in lega a memoria di forma per il restauro di affreschi e mosaici parietali, che presentino distacchi più o meno evidenti fra gli strati di intonaco di supporto, proponendosi come mezzo efficace per la salvaguardia strutturale di tali zone variamente ammalorate. In particolare, è stata programmata una serie di prove di laboratorio per caratterizzare in modo preciso il comportamento del materiale prescelto, al fine di realizzare un prototipo rispondente alle caratteristiche di progetto ed anche per implementare un modello numerico sufficientemente realistico. A questo proposito, è stato anche approfondito il problema della scelta del modello costitutivo più adeguato. Successivamente, i risultati ottenuti sono stati impiegati nella progettazione e realizzazione di nuovi dispositivi in lega a memoria di forma da impiegare nel campo dei beni culturali, fra cui sistemi reversibili per il ricongiungimento di parti fratturate e sistemi di movimentazione intelligenti sia per lastre di protezione di superfici affrescate, sia per finestre da inserire in contesti museali per il controllo del microclima.

Monitoring static shape memory polymers using a fiber Bragg grating as a vector-bending sensor

We propose and demonstrate a technique for monitoring the recovery deformation of the shape-memory polymers (SMP) using a surface-attached fiber Bragg grating (FBG) as a vector-bending sensor. The proposed sensing scheme could monitor the pure bending deformation for the SMP sample. When the SMP sample undergoes concave or convex bending, the resonance wavelength of the FBG will have red-shift or blue-shift according to the tensile or compressive stress gradient along the FBG. As the results show, the bending sensitivity is around 4.07  nm/cm−1. The experimental results clearly indicate that the deformation of such an SMP sample can be effectively monitored by the attached FBG not just for the bending curvature but also the bending direction.

Monitoring of deployment process of shape memory polymers for morphing structures with embedded fibre Bragg grating sensors

This article demonstrates the use of embedded fibre Bragg gratings as vector bending sensor to monitor two-dimensional shape deformation of a shape memory polymer plate. The shape memory polymer plate was made by using thermal-responsive epoxy-based shape memory polymer materials, and the two fibre Bragg grating sensors were orthogonally embedded, one on the top and the other on the bottom layer of the plate, in order to measure the strain distribution in both longitudinal and transverse directions separately and also with temperature reference. When the shape memory polymer plate was bent at different angles, the Bragg wavelengths of the embedded fibre Bragg gratings showed a red-shift of 50 pm/°caused by the bent-induced tensile strain on the plate surface. The finite element method was used to analyse the stress distribution for the whole shape recovery process. The strain transfer rate between the shape memory polymer and optical fibre was also calculated from the finite element method and determined by experimental results, which was around 0.25. During the experiment, the embedded fibre Bragg gratings showed very high temperature sensitivity due to the high thermal expansion coefficient of the shape memory polymer, which was around 108.24 pm/°C below the glass transition temperature (Tg) and 47.29 pm/°C above Tg. Therefore, the orthogonal arrangement of the two fibre Bragg grating sensors could provide a temperature compensation function, as one of the fibre Bragg gratings only measures the temperature while the other is subjected to the directional deformation. © The Author(s) 2013.

Land's Memory. Lapis Specularis, memoria recobrada de una Comarca

Tres ciudades romanas Segobriga, Valeria y Ercávica vinculadas a la produccion del Lapis Specularis

Desarrollo de un dispositivo de liberación para la industria aeroespacial basado en una aleación con memoria de forma de NiTi.

Los dispositivos liberadores son utilizados en los satélites para desplegar los paneles solares, antenas y otros apéndices en las etapas iniciales de su puesta en órbita. En la actualidad, muchos de estos dispositivos tienen actuadores activados con cargas pirotécnicas. Esto trae algunas desventajas: niveles de shock elevados sobre los componentes cercanos, no son reutilizables y no son seguros de manipular. Por ello, es que desde hace unos años se están realizando importantes esfuerzos para desarrollar dispositivos no-pirotécnicos. En este trabajo se realiza el desarrollo de un dispositivo liberador que utiliza como actuador un cilindro tubular de una Aleación de Memoria de Forma (SMA, del inglés Shape Memory Alloys) de NiTi. Las SMAs tienen la posibilidad de deformarse por debajo de determinada temperatura y luego al calentarse, recuperar su forma original. Al restringir mecánicamente la trayectoria de recuperación, la aleación genera un esfuerzo mecánico. En el presente trabajo se caracteriza esta aleación, recurriendo a diversos tratamientos térmicos para obtener las propiedades deseadas. La liberación del conjunto se produce cuando el elemento de unión entre las piezas, el cual consiste en un bulón con una entalla circunferencial, se fractura debido al estiramiento de un actuador de NiTi previamente comprimido. Dada la importancia del bulón, se estudiaron diversos materiales para el mismo. Además se analizó el efecto de la geometría de la entalla y la profundidad de la misma. Finalmente, se realizaron pruebas de integración entre el actuador de SMA, el bulón y otros elementos auxiliares. Se pudo probar el funcionamiento del conjunto con éxito.

Desarrollo de un dispositivo de liberación para la industria aeroespacial basado en una aleación con memoria de forma de NiTi.

Los dispositivos liberadores son utilizados en los satélites para desplegar los paneles solares, antenas y otros apéndices en las etapas iniciales de su puesta en órbita. En la actualidad, muchos de estos dispositivos tienen actuadores activados con cargas pirotécnicas. Esto trae algunas desventajas: niveles de shock elevados sobre los componentes cercanos, no son reutilizables y no son seguros de manipular. Por ello, es que desde hace unos años se están realizando importantes esfuerzos para desarrollar dispositivos no-pirotécnicos. En este trabajo se realiza el desarrollo de un dispositivo liberador que utiliza como actuador un cilindro tubular de una Aleación de Memoria de Forma (SMA, del inglés Shape Memory Alloys) de NiTi. Las SMAs tienen la posibilidad de deformarse por debajo de determinada temperatura y luego al calentarse, recuperar su forma original. Al restringir mecánicamente la trayectoria de recuperación, la aleación genera un esfuerzo mecánico. En el presente trabajo se caracteriza esta aleación, recurriendo a diversos tratamientos térmicos para obtener las propiedades deseadas. La liberación del conjunto se produce cuando el elemento de unión entre las piezas, el cual consiste en un bulón con una entalla circunferencial, se fractura debido al estiramiento de un actuador de NiTi previamente comprimido. Dada la importancia del bulón, se estudiaron diversos materiales para el mismo. Además se analizó el efecto de la geometría de la entalla y la profundidad de la misma. Finalmente, se realizaron pruebas de integración entre el actuador de SMA, el bulón y otros elementos auxiliares. Se pudo probar el funcionamiento del conjunto con éxito.

Smart structures: sperimentazione mediante attuatori e sensori innovativi

L’idea di base della seguente tesi, finora mai applicata o descritta in letteratura scientifica in base alle ricerche effettuate, è stata quella di creare un sistema di monitoraggio strutturale intelligente (Structural Health Monitoring, SHM) mediante dei sensori di deformazione a reticolo di Bragg (Fiber Bragg Grating, FBG), incollati su fili a memoria di forma inseriti a loro volta, bloccati con opportuni ancoraggi esterni, in sei travi di betoncino cementizio armato. L’obbiettivo della sperimentazione è stato quindi quello di creare delle travi intelligenti che, in condizioni di carico eccezionali e critiche (monitorate dal sensore a fibra ottica), sapessero “autoripararsi” mediante gli attuatori a memoria di forma con un processo di riscaldamento appositamente progettato.

Oltre il "Momento dell'Abolizione":Saggio in memoria di Louk Hulsman

This article is written to celebrate the fine contribution and constant optimism of Louk Hulsman to the debate about penal abolition, the rethinking of popular and political discourses on ‘crime’, and the institutionalised responses of the ‘criminal justice system’. Reflecting on his experiences of incarceration and on his critical analysis of the political economic relations of power, Louk Hulsman talked of the defining ‘moment of abolition’ – his reading of Thomas Mathiesen’s ground-breaking text, The Politics of Abolition. Having considered the key elements of Louk Hulsman’s work and its critical challenge to the criminological enterprise, the article explores the apparent political contradiction in campaigning for humane conditions while seeking abolition within the context of an ever-expanding, global prison-industrial complex.

MEMS basados en aleaciones con memoria de forma magnética

Estudio del comportamiento frente a campos magnéticos y cambios de temperatura de unas aleaciones de NiMnGa depositadas en forma de película delgada sobre voladizos esculpidos en Silicio

Calorimetría ultrarrápida en películas delgadas de aleaciones ferromagnéticas con memoria de forma

Las aleaciones ferromagnéticas con memoria de forma son de gran interés debido a su capacidad de experimentar la transformación martensítica termoelástica y la transición de orden magnético. Estas aleaciones pueden elongarse hasta un 10% en el caso de monocristales. Esto, junto con la posibilidad de inducir la deformación de forma remota mediante el campo magnético, hacen que puedan ser empleadas como sensores o actuadores magnéticos.

Propiedades magnetoelásticas de aleaciones feromagnéticas con memoria de forma

Las aleaciones metamagnéticas pertenecen a las aleaciones ferromagnéticas con memoria de forma (FSMA). Estas aleaciones presentan los efectos de memoria de forma de las propias FSMA y otras características como la magnetorresistencia, los efectos magnetocalóricos y magnetocalóricos inversos que las hacen de gran interés para diversas aplicaciones. Estos efectos se debe a la caída de la imanación entre la fase austenita ferromagnética y la martensita durante la transición estructural. El carácter magnético de la fase austenita es conocido debido a varios experimentos que se han llevado a cabo, pero en el caso de la fase martensita está aún sin concretar habiendo varias opciones posibles. Es de vital importancia conocer el comportamiento magnético de la fase martensita para aplicaciones futuras de las aleaciones metamagnéticas. En este trabajo se ha estudiado la aleación Ni50Mn36In14 (T2B) la cual ha sido sometida a medidas magnéticas con el fin de acercarnos más al conocimiento del carácter magnético de estas aleaciones y concretar la temperatura de Curie mediante un estudio de los exponentes críticos de los “Arrott Plot generalizados”. Mediante el estudio de los exponentes críticos se obtienen estos resultados: Austenita: β=0.2 y γ=1.5. TCA=300.7 K Martensita: β=0.2 y γ=1.5. TCM=202 K II

Transformación martensítica en aleaciones metamagnéticas con memoria de forma.

Las aleaciones con memoria de forma, SMA , son materiales que presentan unas propiedades muy interesantes, como son el efecto de memoria de forma y la superlasticidad. El mecanismo responsable de estas propiedades es la transformación martensítica termo - elástica. Esta transformación , es una transformación sólido - sólido reversible de primer orden , la cual se da entre una fase de alta simetría y otra de menor simetría. La fase de mayor simetría se llama " fase austenita" y la de menor si metría " fase martensita". Las aleaciones metam agnéticas con memoria de forma, MSMA, son aleaciones que aúna n, las propiedades que confiere la transformación martensí tica y las propiedades magnétic as. La característica principal de estas aleaciones es que la fase martensita t iene un carácter magnético más débil que el de la fase austenita, y ello propicia que estas presenten efectos magnetocalóricos, efectos magnetocalóricos inversos y magnetorresistencia. En este Trabajo de Fin de Grado se han elaborado un a serie de seis MSMAs basad as en Mn - Ni - Sn, de composición: Mn 49 Ni 42 - x Sn 9 Fe x (x=0,2,3,4,5,6 en % atómico) en las que se ha sustituido Fe por Ni . Los objet ivo s fundamentales de este trabajo ha n sido , la caracterización de la tran sformación estructural, el estudio de la influencia del campo magnético tanto en la transformación estructural como magnética y por último el estudio de la influencia de la composición en la transformación martensítica y magnética. Para llevar a cabo esta labor se han usado varias técnicas experimentales como son la calorimetría diferencial de barr ido, DSC , la magneto metría de muestra vibrante , VSM , EDX para determinar la composición y Rayos - X para determinar la estructura cristalográfica. A tenor de los resultados obtenidos durante el trabajo, se concluye que , la composición juega un papel fundamental en las propiedades de estas aleaciones, pudiéndose distinguir dos grupos, las aleaciones con 4 % o menos de Fe y con más de 4 % de Fe. La aplicación de campo magnético desplaza la tra nsformación hacia temperaturas bajas, determinando sus diagramas de fase. Debido al estado de no equilibrio de los mismos no se puede determinar la variación l a de entrop í a en función del campo magnético. Por último, l a aparición del fenómeno de "kinetic ar rest" y la fase - son determinantes en el comportamiento de este tipo de aleaciones

Elaboración de películas delgadas en modalidad multicapa a partir de materiales en bulto para el desarrollo de la propiedad de memoria de forma.

Tesis (Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con Especialidad en Materiales) UANL, 2012.