Proprietà strutturali e studio di un’applicazione del bambù visto come composito unidirezionale

This thesis regards the study of so-called "green composites ", i.e. the analysis of natural fibers that may represent an alternative to composite fibers. These materials are characterized by low costs. The material studied is the bamboo, treated as a unidirectional composite. After determination of the mechanical properties through a campaign of static tests on two types of structural bamboo, possible fields of use of this material are illustrated. The idea is to create a City Bike with the frame completely made with bamboo and spliced with hemp fibers embedded in epoxy resin. Then a finite element model of the frame is created, in order to characterize loads that the bicycle shall support. Finite elements analysis show satisfactory correlation with the experimental tests. Frame weights and costs are very competitive in comparison with frames of bikes in the same category.

Questa tesi s’inquadra nello studio dei cosiddetti “green composites” cioè lo studio di quelle fibre naturali che possono rappresentare una valida alternativa alle fibre composite sintetiche. Questi materiali oltre a essere ecosostenibili sono caratterizzati da bassi costi. Il materiale che si è studiato è il bambù che viene trattato come un composito unidirezionale. Dopo aver effettuato una campagna di prove statiche su due tipi di bambù strutturali ed averli caratterizzati anche attraverso un'analisi ad elementi finiti con il software Abaqus, si è pensato un possibile campo di utilizzo di questo materiale. Si è optato per la realizzazione di una City Bike con il telaio interamente realizzato con questo materiale e giuntato con fibre di canapa annegate in resina epossidica bicomponente. Parallelamente alla costruzione del telaio è stato un creato un modello FEM per caratterizzare i carichi che la bicicletta deve sostenere e dimensionare la stessa. Le analisi ad elementi finiti effettuate per la caratterizzazione del materiale hanno evidenziato una buona correlazione numerico-sperimentale in termini di sforzo di rottura e modulo di Young. Il telaio realizzato ha pesi e costi molto competitivi rispetto a telai della stessa categoria.