Numerical and experimental approach for the design and validation of solution to protect works of art from vibration during transport

The protection of works of art even during transport is of primary importance, for this reason a continuous evolution of protection systems is necessary. Hence the need to create a procedure for the design and validation of solution to protect the works of art from the vibrations generated during transport. This procedure, developed in the ambit of the project Tech4MUBAS, funded by the Italian Ministry of Cultural Heritage and Activities, consists in the creation of a finite element model which is then validated through experimental tests. A polymeric matrix material, called Sorbothane, is considered to be used as an interface between the source of vibrations and the crate in which the works of art to be transported is placed. In this case of study, as artwork to be transported, an earthenware made vase is considered. It is chosen with shapes and dimensions that can be representative of most of the works of art of this type. A study of the material is therefore necessary in order to determine the information relating to its hyperelastic and viscoelastic properties, obtaining the parameters necessary for the material definition in Abaqus CAE software, used for the realization of the finite element model. Studies relating to the dynamics of the vase are conducted in order to determine its resonance frequencies, identifying the first vibration modes at a frequency equal to 950 Hz. This value is important since the protection system must be implemented to filter below this frequency. The determined material parameters are than used for the creation of finite element models for very simple configurations, composed of steel parallelepipeds supported by Sorbothane pads of various shapes and sizes. Experimental tests on these configurations are then conducted in order to validate the models, obtaining, with some approximations, good results. It is then considered a more complex configuration which consists of a wood crate, of dimensions suitable to contain the “typical” object represented by the vase, supported by four Sorbothane pads. Also for this configuration, a finite element model is created and then validated through experimental tests, obtaining a vertical proper frequency very close to that obtained experimentally. The considered procedure can therefore be repeated for other case studies and for other configurations.

La salvaguardia delle opere d’arte anche durante il trasporto è di primaria importanza, per tale ragione è necessaria una continua evoluzione dei sistemi di protezione. Da qui nasce l’esigenza di realizzare una procedura per la progettazione e la validazione di soluzioni per proteggere le opere d’arte dalle vibrazioni che si vengono a generare durante il trasporto. Tale procedura, sviluppata nell’ambito del progetto Tech4MUBAS, fondato dal Ministero Italiano dei beni e delle attività culturali, consiste nella realizzazione di un modello ad elementi finiti che poi viene validato attraverso test sperimentali. È stato considerato un materiale a matrice polimerica, denominato Sorbothane, per essere utilizzato come interfaccia tra la sorgente delle vibrazioni e la cassa in cui è contenuta l’opera d’arte da trasportare. In questo caso di studio, come opera da trasportare, è stata considerata un’anfora di terracotta, scelta con forme e dimensioni tali da poter essere rappresentativa della maggior parte delle opere di questa tipologia. Si è reso quindi necessario uno studio del materiale con lo scopo di determinare le informazioni relative alle sue proprietà iperelastiche e viscoelastiche, ottenendo i parametri necessari per la definizione del materiale all’interno del software Abaqus CAE, utilizzato per la realizzazione del modello ad elementi finiti. Studi relativi alla dinamica del vaso sono stati condotti in modo da determinare le sue frequenze proprie, individuando il primo modo di vibrare alla frequenza di 950 Hz. Tale valore risulta essere importante in quanto il sistema di protezione dovrà essere realizzato per filtrare al di sotto di tale frequenza. I parametri del materiale determinati sono quindi stati utilizzati per la creazione di modelli ad elementi finiti per configurazioni molto semplici, composte da parallelepipedi di acciaio supportati da tappetini di Sorbothane di varie forme e dimensioni. Successivi test sperimentali su tali configurazioni sono stati condotti con lo scopo di validare il modello, ottenendo con alcune approssimazioni, dei buoni risultati. Si è passati quindi ad una configurazione più complessa che consiste in una cassa di legno, di dimensioni adatte a contenere l’oggetto “tipo” rappresentato dall’anfora, supportata da quattro tappetini di Sorbothane. Anche per tale configurazione è stato realizzato un modello ad elementi finiti che è stato validato attraverso test sperimentali ottenendo una frequenza propria verticale molto vicina a quella ottenuta sperimentalmente. La procedura considerata può essere quindi ripetuta per altri casi di studio e per altre configurazioni.