Passive damping system: an innovative proposal base on SMA complex geometry by additive manufacturing

In the last decade, a new impulse driven by the renovated space race has led to an increase in research studies in the aerospace sector, specifically on innovative solutions with the aim of ensuring that they can meet the increasingly stringent new requirements of the field. In fact, the growing demand for the reduction of the size and the mass of satellites and their subsystems, the development of multifunctional components, the reduction of the costs and the integration of innovative and performing materials represent the main challenges faced by the sector in recent years which the research is trying to solve. In this context, the topic of this research work fits perfectly. In fact, the purpose of this thesis is the study and development of a new concept of a passive damper system based on the utilization of Ni-Ti alloy, the most diffused Shape Memory Alloy, which is printed with Selective Laser Melting technology. Thanks to the exploitation of the pseudoelastic effect of the material used to introduce damping and to suppress any possible vibration, it is possible to eliminate the presence of moving parts in the device which make this solution extremely compact, versatile, economic and with a high level of structural strength that many devices do not possess. In the first sections of this research work there will be an overview of Shape Memory Alloy materials focusing on the Ni-Ti alloy, the technological level reached in additive manufacturing and damping systems. The following sections will be dedicated to the studies carried out from the design of the passive damping system to the characterization of the device from the point of view of the properties of the material implemented and its damping performance.

Nell’ultimo decennio, una nuova corsa allo spazio ha portato a un aumento degli studi nel settore aerospaziale, incentrati soprattutto sulla ricerca di soluzioni innovative volte all’esigenza di adeguarsi ai requisiti sempre più stringenti imposti dal settore. Infatti, la crescente domanda per la riduzione delle dimensioni e della massa dei satelliti e dei loro sottosistemi, lo sviluppo di componenti multifunzionali, il taglio dei costi e l’implementazio- ne di materiali innovativi e performanti rappresentano le sfide principali del settore degli ultimi anni che la ricerca sta cercando di risolvere. In questo contesto, l’argomento del presente elaborato si allinea perfettamente. Infatti, lo scopo di questa tesi è lo studio e lo sviluppo di un nuovo concetto di sistema di smorzamento passivo basato sull’uso della lega di Ni-Ti, la lega a memoria di forma più diffusa, stampata con la tecnologia Selective Laser Melting. Grazie allo sfruttamento dell’effetto pseudoelastico del materiale utilizzato per introdurre lo smorzamento e per sopprimere ogni eventuale vibrazione, è possibile eliminare la presenza di parti mobili nel dispositivo che rendono tale soluzione estremamente compatta, versatile, economica e con un alto livello di resistenza strutturale che molti dispositivi non possiedono. Nei primi capitoli di questo progetto di ricerca sarà fornita un’introduzione generale riguardo le leghe a memoria di forma, con particolare attenzione alla lega Ni-Ti, il livello tecnologico raggiunto nell’additive manufacturing e dai sistemi di smorzamento. Le sezioni successive saranno dedicate alla descrizione degli studi effettuati a partire dal design del sistema di smorzamento passivo fino alla carat- terizzazione del dispositivo dal punto di vista delle proprietà del materiale utilizzato e la sua capacità di smorzamento.