Propagazione di onde e impatto in metamateriali auxetici

Auxetic metamaterials are a class of man-made materials with a microstructure that gives them an overall auxetic behaviour, i.e. they possess a negative Poisson’s ratio. When these materials are subjected to a compressive force they exhibit a lateral contraction. When indented, these materials densify due to lateral contraction. According to several works in the literature, this effect leads to a better behaviour in case of impacts with respect traditional materials. In this work their possible application as facial protector devices in sports is considered. To this purpose, impact analyses are performed on metamaterial with an auxetic behaviour and with traditional behaviour. A comparison of the results is carried out which confirms the behaviour reported in literature. Furthermore the present work discusses the possibility of a link between the auxetic behaviour and the presence of bandgaps, i.e. ranges of frequency in which elastic waves cannot propagate without attenuation. The dispersion analyses carried out seem to indicate that such a link does not exist, at least for the particular auxetic metamaterials here considered.

I metamateriali auxetici costituiscono una categoria di materiali artificiali costruiti con una micro-struttura che conferisce loro un comportamento globale auxetico, ovvero con coefficiente di Poisson negativo. Tale proprietà fa sì che il materiale, in presenza di uno sforzo di compressione, non subisca un'espansione trasversale ma una compattazione. Questa densificazione, secondo molti lavori presenti in letteratura, conferisce ai materiali auxetici un miglior comportamento nel caso di impatti rispetto ai materiali dal comportamento tradizionale. Nel presente elaborato, considerando una loro possibile applicazione nei dispositivi per sportivi di protezione facciali da urti, vengono effettuate delle analisi di impatto considerando sia un materiale strutturato auxetico che uno strutturato dal comportamento tradizionale. I risultati ottenuti, seppur non completi, confermano quanto riportato in letteratura a favore del comportamento auxetico. Confrontando materiali similmente strutturati, auxetici e non, viene anche discussa la possibilità di esistenza di un nesso tra il comportamento auxetico (e le migliori proprietà di assorbimento di urti) e la presenza di bandgaps, ovvero fasce di frequenza in cui la propagazione di onde elastiche non può avvenire senza attenuazione, nella struttura di banda. Nei casi analizzati, tuttavia, pare che tale collegamento non sussista.