Gridshell auxetiche. Simulazioni e progetto di strutture a flessione attiva

The advancement of contemporary design and fabrication techniques allows the designer to study new forms in the construction field, and to extend the limits of technology and existing materials. This work investigates the development of Auxetic materials which, contrary to traditional materials, have a negative Poission’s Ratio that confers unusual geometrical and mechanical properties compared to elements present in nature. The thesis takes the form of a research on the design techniques and construction methods of Active-Bending Auxetic Structures, starting with an analysis of the specific behavior of these materials up to the programming of their geometrical properties. Part I - Principles and State of the Art, sets the focus on new approaches to prototyping and construction, on the principles of Active Bending and on the analysis of case studies. These would contribute to better understanding of the developmental stages of this type of architecture with the definition of essential points for designing. In Part II Research and Project, a design method based on the use of Finite Element Analysis (FEA) is developed, which can accurately simulate the behavior of these structures subjected to large deformations. Through this approach auxetic patterns are developed with different functional characteristics, in combination with the erection methods on site. This repertoire constitutes the formal and constructive vocabulary that defines the base for the design of an experimental prototype developed with a bottom-up approach, from basic pattern to the overall design, in a unified study of materials, form and structure.

L’avanzamento delle tecniche di progettazione e fabbricazione contemporanee permette al progettista di studiare nuove forme di costruzione ed estendere il limite delle tecnologie e materiali esistenti. Questo lavoro indaga sullo sviluppo di materiali Auxetici che, contrariamente a materiali tradizionali, hanno un modulo di Poisson negativo il quale conferisce proprietà geometriche e meccaniche inusuali per gli elementi presenti in natura. La tesi si configura come una ricerca sui metodi di progettazione e costruzione di strutture auxetiche a flessione-attiva, partendo dall’analisi del comportamento specifico di questi materiali fino alla programmazione del loro comportamento geometrico una volta poste a flessione. Nella Parte I vengono studiati i Principi e lo Stato dell’Arte concentrandosi sui nuovi metodi di prototipazione e cantierizzazione, sui principi dell’Active Bending e sull’analisi di casi studio per comprendere le fasi di sviluppo di questi progetti fino alla definizione dei punti imprescindibili per la concezione di queste architetture. Nella Parte II, Ricerca e Progetto , viene proposto un metodo di progetto basato sull’utilizzo dell’Analisi agli Elementi Finiti (FEA) in grado di simulare in modo accurato il comportamento di queste strutture soggette a larghe deformazioni. Tramite questo approccio i pattern auxetici sono sviluppati con caratteristiche funzionali differenti, in combinazione alle metodologie di cantierizzazione. Questo repertorio costituisce il vocabolario formale e costruttivo su cui si basa la progettazione di un prototipo costruttivo sperimentale, sviluppato con un approccio bottom-up, dal pattern di base alla design globale, in uno studio congiunto di materiale, forma e struttura.