Attività di Ricerca

Meccanica del contatto secco tra superfici rugose in presenza di adesione e attrito
L'attività di ricerca –condotta sia a livello teorico che sperimentale- studia principalmente l’influenza che la rugosità e l’energia di superficie esercitano nel contatto tra superfici elastiche e nei fenomeni di attrito dei materiali viscoelastici. A partire dai più recenti risultati della ricerca, sono stati sviluppati - e in parte testati sperimentalmente - modelli innovativi numerici del contatto adesivo tra superfici rugose. Le prestazioni adesive delle micro-strutture biomimetiche, come quelle dei gechi, ragni e insetti, hanno ispirato i ricercatori di diversi settori (biologia, fisica, ingegneria, etc ) nella strutturazione, a livello microscopico, di superfici capaci di simulare le loro prestazioni. Tra i più recenti modelli proposti, risultano di notevole interesse le mushroom-shaped adhesive microstructures per aver dimostrato sperimentalmente alte prestazioni rispetto alle altre micro e nano-strutture studiate in precedenza. La nostra ricerca mira ad approfondire i meccanismi fisici che riguardano il contatto adesivo tra le microstrutture al fine di migliorare le loro prestazioni in funzione di alcuni aspetti, quali la geometria, le proprietà meccaniche dei materiali e l’energia di adesione. I nostri risultati e la conseguente ottimizzazione delle prestazioni adesive delle micro-strutture possono trovare ampie applicazioni industriali.

Le tenute
La ricerca ha riguardato principalmente le perdite nelle tenute e la loro stima. L’innovativo approccio presentato, si basa sull’analogia tra l’interfaccia del substrato di tenuta e un mezzo poroso. Si suppone che l'interfaccia sia costituita da una distribuzione casuale di pori (non-contact patches) e di punti di contatto (contact spots). L’ipotesi è che la perdita avvenga solo attraverso i primi, nei quali la dimensione laterale e l'altezza sono distribuite secondo una funzione di densità di probabilità, calcolata sulla base di una recente teoria della meccanica di contatto. L' approccio teorico si basa su uno schema di percolazione che non è mai stato proposto prima e che potrebbe essere utile per proseguire con studi teorici e sperimentali .

EHL e lubrificazione mista
L’obiettivo di questa ricerca è quello di studiare l'influenza della rugosità nei contatti lubrificati. Il nuovo modello descrive il contributo che l’interfaccia fluido-asperità e l’interfaccia asperità-asperità apportano alla distribuzione totale della pressione, trovando applicazione nello studio di compressioni fortemente non stazionarie tra due corpi rugosi elastici a contatto. Il modello si è rivelato in accordo con la letteratura sperimentale ed è stato applicato in ambito ingegneristico per le trasmissioni CVT, dove i problemi di usura e durata sono fortemente determinati dalle condizioni di lubrificazione di interfaccia tra i corpi a contatto.

Idrofobia da rugosità indotta
L’idrofobia da rugosità indotta ha trovato largo interesse applicativo nel settore della tecnologia microfluidica e in ambito industriale per le capacità auto-pulenti di alcune superfici (alcuni esempi sono le vernici super-idrofobe e i parabrezza delle automobili). Nel caso dei parabrezza, le superfici super- idrofobe dovrebbero essere in grado di respingere le gocce di pioggia, nonostante la considerevole forza di impatto. Abbiamo sviluppato un modello teorico per calcolare la pressione critica della goccia che porta ad un forte deterioramento delle proprietà idrorepellenti di tali superfici. Abbiamo proposto, in seguito, un criterio per progettare la rugosità della superficie in modo da evitare il passaggio dallo stato di Cassie allo stato di Wenzel conservando le proprietà super idrofobe.

Propagazione delle cricche nei materiali viscoelastici
A causa di dissipazioni interne dei materiali viscoelastici, l’energia necessaria alla propagazione della cricca dipende dalla velocità della stessa. La ricerca mira a determinare la quantità di energia richiesta per propagare la cricca in funzione della velocità di avanzamento della stessa. Si tiene conto dell’influenza della viscoelasticità e della distribuzione – non uniforme- della temperatura. Le nostre indagini mostrano che l'energia per unità di tempo necessaria per spostare la cricca, può aumentare fino a tre o più ordini di grandezza alle alte velocità, e che, a causa dell’ aumento di temperatura in una regione molto vicino ad una rottura, il comportamento si rivela instabile.

Trasmissioni meccaniche
L’attività di ricerca riguarda principalmente il Continuously Variable Transmission (CVT): Pushing Belt CVTs, Chain Belt CVTS, Toroidal CVTs, e Infinitely Variable Transmissions (IVT). Vengono studiati alcuni problemi tribologici come la lubrificazione elastoidrodinamica e la lubrificazione mista.

dAFM
La ricerca mira alla Modellazione della dAFM, e nello specifico al comportamento dinamico in liquido del microcantilever. Uno dei proncipali presupposti è quello di eseguire misure ed estrarre dei risultati a piccole scale. Tuttavia questo non è un così semplice data la molteplicità delle forze che agiscono sul cantilever in condizioni operative, soprattutto nel caso di prove in liquido. Poiché il cantilever ha dimensioni micrometriche, non può essere trascurato il rumore termico dovuto al moto Browniano delle particelle di liquido e dunque occorre acquisire conoscenze adeguate a riguardo. È stato sviluppato un nuovo modello analitico per descrivere l'influenza del liquido sulla dAFM, fondamentale per i casi, ad esempio, di misure di tessuti biologici immersi in liquido. È stato dimostrato che la risposta del liquido è costituita da tre termini: un termine viscoso, un termine riguardante la velocità diffusiva, e un termine inerziale. L' analisi condotta ha mostrato che trascurare la velocità diffusiva può portare a grandi errori nella stima della risposta del cantilever e, quindi, della sua risposta termica (spesso utilizzata per la calibrazione dello strumento) .