Application of magneto-active elastomers for stiffness control of a plate

Magneto-active elastomers are smart materials capable of generating a mechanical torque when exposed to an external magnetic field. This thesis focuses on the design of a plate whose stiffness can be actively controlled through the loads introduced in the structure by magneto-active elastomers in response to an external magnetic field. Polydimethylsiloxane (PDMS), a low-stiffness material, is adopted for the plate to ensure the desired magneto-mechanical behaviour. The analysis phase requires the development of a finite element model within the commercial software COMSOL, leveraging its capability to handle the buckling phenomenon in the presence of a magnetic field. After validating the numerical model and refining the preliminary design of the plate, the analysis of its final configuration is carried out to characterize the magneto-mechanical response of the structure. The results demonstrate the ability of the plate to modify its stiffness as a function of the external magnetic field.

Gli elastomeri magneto-attivi sono materiali intelligenti capaci di generare una coppia meccanica quando esposti a un campo magnetico esterno. Questa tesi si concentra sulla progettazione di una piastra la cui rigidezza può essere attivamente controllata attraverso i carichi introdotti nella struttura dagli elastomeri magneto-attivi in risposta a un campo magnetico esterno. Il polidimetilsilossano (PDMS), un materiale a bassa rigidezza, è scelto per la piastra per garantire il comportamento magneto-meccanico desiderato. La fase di analisi richiede lo sviluppo di un modello agli elementi finiti all’interno del software commerciale COMSOL, sfruttandone la capacità di gestire il fenomeno dell’instabilità strutturale in presenza di un campo magnetico. Dopo la validazione del modello numerico e l’affinamento del progetto preliminare della piastra, viene effettuata l’analisi della sua configurazione finale per caratterizzarne la risposta magneto-meccanica. I risultati dimostrano la capacità della piastra di modificare la propria rigidezza in funzione del campo magnetico esterno.