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Experimental Modal Analysis of Fractal-Inspired Multi-Frequency Piezoelectric Energy Converters
No full textAn important issue in the field of energy harvesting through piezoelectric materials is the design of simple and efficient structures which are multi-frequency in the ambient vibration range. This paper deals with the experimental assessment of four fractal-inspired multi-frequency structures for piezoelectric energy harvesting. These structures, thin plates of square shape, were proposed and numerically analyzed, with regard to their modal response, in a previous work by the author. The aim of this work is twofold. First, to assess the modal response of these structures through an experimental investigation. Second, to evaluate, through computational simulation, the performance of a piezoelectric converter prototype relying on one of these fractal-inspired structures. The four fractal-inspired structures are examined experimentally in the range between 0 and 100 Hz, both with regard to eigenfrequencies and eigenmodes. In the same frequency range are investigated the modal response and power output of a converter prototype
Three-dimensional auxetic mechanical metamaterials based on triangular prism architecture
No full textStruttura reticolare in metamateriale auxetico per protesi ossee vertebrali in stampa 3D
No full textIl lavoro descrive la progettazione e la validazione sperimentale di una nuova struttura reticolare altamente porosa per protesi vertebrali trabecolari. La soluzione proposta consiste in un originale meta-biomateriale auxetico in titanio, realizzato in stampa 3D, con una complessa micro-struttura simile a quella delle ossa trabecolari umane, avente coefficiente di Poisson negativo. Tramite analisi agli elementi finiti, il lavoro identifica i parametri geometrici ottimali della cella elementare del reticolo ed esegue un’ottimizzazione di forma delle trabecole. La struttura presenta un comportamento anisotropo, una risposta auxetica e proprietà elastiche simili a quelle delle ossa spugnose vertebrali. I test sperimentali confermano le previsioni numeriche. Il lavoro mette in evidenza l’elevato potenziale dei metamateriali auxetici ibridi in stampa 3D, progettati per ottenere specifiche proprietà meccaniche così da ridurre il rischio di ipo-sollecitazione ed assicurare una corretta ricrescita ossea
Vertebral prosthesis
No full textIl brevetto descrive una nuova protesi vertebrale custom made altamente porosa e leggera, in metamateriale auxetico biocompatibile, realizzata in titanio tramite un processo di manifattura additiva ottimizzato, ed impiegabile come elemento di sostituzione ossea in ambito oncologico a seguito di un intervento di vertebrectomia totale
Analisi efficiente delle tensioni in giunzioni incollate mediante tecniche agli elementi finiti
No full textPeriodic tetrahedral auxetic metamaterial
No full textIn this work, we introduce a novel three-dimensional auxetic mechanical metamaterial consisting of rotating tetrahedra connected by ideal hinges at their vertices, arranged to form a periodic framework structure. Through analytical and kinematic approaches, we evaluated the deformation behavior of the proposed idealized model, revealing Poisson’s ratios ranging between -0.36 and -2.72 and a transverse isotropic response as a result of its geometry. A specimen of the proposed metamaterial concept is designed by introducing deformable ribs between the solid units, and fabricated via additive manufacturing in polymeric material. Auxetic behavior of the prototype was assessed through a compression test and accurately predicted by a full-scale Finite Element model. We envisage that this new metamaterial design can have a significant impact on a wide range of engineering applications, particularly as bone substitute biomaterials
Metamateriale auxetico
No full textLa presente invenzione concerne un'innovativa struttura cellulare in metamateriale auxetico, i.e. a coefficiente di Poisson negativo
Metamateriale auxetico a strutture poliedriche rigide rotanti
No full textIl presente lavoro descrive la progettazione e validazione sperimentale di uno nuovo metamateriale auxetico tridimensionale (3D) ad elementi rigidi rotanti. I metamateriali auxetici sono strutture di origine artificiale che possiedono un valore del coefficiente di Poisson negativo. Tali strutture presentano proprietà meccaniche estreme e funzionalizzate che dipendono dalla loro peculiare architettura e dalle proprietà elastiche del materiale con le quali vengono realizzate. Le loro funzionalità avanzate non si limitano al solo coefficiente di Poisson negativo, ma includono, tra le altre, un’elevata rigidezza a taglio e resistenza a rottura. I metamateriali auxetici comprendono i sistemi rotanti, le strutture chirali, le strutture rientranti e le strutture pieghevoli. Nello specifico, le strutture ad elementi rotanti consistono di unità rigide collegate tramite elementi cedevoli (equivalenti a cerniere), ordinate secondo una specifica distribuzione topologica. Nel caso di architetture piane (2D), queste sono formate da quadrati, triangoli, rombi, parallelogrammi e da figure a forma irregolare. Analogamente, le strutture rotanti 3D possono essere progettate utilizzando l’elemento base di una geometria piana, realizzando così un metamateriale tridimensionale in grado di manifestare un comportamento auxetico. In questo lavoro viene presentato un originale metamateriale auxetico a poliedri rigidi rotanti. La cella elementare della soluzione proposta è formata da otto prismi a base triangolare, collegati mediante i loro vertici. Tre sono le fasi del lavoro: analisi cinematica, convalida sperimentale e analisi strutturale. In particolare, l’analisi cinematica, svolta su modelli solidi 3D della struttura, ha permesso di valutare la risposta cinematica del metamateriale per differenti configurazioni geometriche della cella elementare: la struttura presenta un comportamento anisotropo ed un’elevata risposta auxetica. Al fine di convalidare questi risultati, sono stati realizzati in stampa 3D con materiale Onyx, i prototipi delle geometrie più promettenti. Queste consistono di unità a poliedri semi-rigidi collegati tramite legamenti di forma variabile: le prove di caratterizzazione svolte hanno confermato valori del coefficiente di Poisson negativi fino ad un minimo di -1.2. Le analisi agli elementi finiti (EF) della struttura hanno confermato i risultati sperimentali, sia relativamente al coefficiente di Poisson, sia relativamente alle proprietà elastiche. In conclusione, il metamateriale proposto si distingue per un evidente comportamento auxetico, calibrabile in funzione della specifica geometria della cella elementare che compone il sistema e permette quindi realizzare nuove architetture auxetiche tridimensionali
Ancora sui suspendiosi nelle leges libitinariae: aspetti religiosi e giuridici
Get PDFsu D. 3.2.11.1 in particolare e sulle origini del divieto di lutto per i suicidi per impiccagion
Fractal-inspired multi-frequency structures for piezoelectric harvesting of ambient kinetic energy
No full textEnergy harvesting devices capable of converting freely-available ambient energy into electrical energy have received significant attention recently. Ambient kinetic energy is particularly attractive for conversion since it is almost ubiquitous and easily accessible. Piezoelectric energy harvesting devices are promising due to their simple configuration and high conversion efficiency. This paper studies multifrequency structures for piezoelectric energy harvesting of ambient kinetic energy, inspired by fractal geometry. Identifying such structures that are simple and efficient is challenging. We propose four fractal-inspired structures and we examine them at both micro and macroscales. We calculate their frequency response up to 100 Hz with computational modeling, and we also examine the effect of the fractal geometry iteration level. We use a cantilever plate example as a reference to validate computational results against analytical ones. A quantitative criterion to assess the harvesting efficiency of the proposed structures is introduced using the bending strain associated with each mode shape. Results show that a large number of eigenfrequencies is obtained, evenly distributed below 100 Hz, particularly in the macroscale. In addition, the iteration level of the fractal geometry affects the number and distribution of eigenfrequencies in the range of interest. Comparison with a conventional batch of cantilevers of the same size as the proposed structures shows noticeable improvement in electric charge generation
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