SMA-based flexible joints for hexapod in astronomical applications : characterization of material, design and experimental validation

The activity of this Thesis work concerns the use of innovative materials, such as the Shape Memory Alloys, for specific applications in the field of terrestrial astronomy: in particular, we study how to exploit the pseudoelasticity of Ni- Ti alloys whitin the flexible joints used in particular structures such as the hexapod. The first phase of this work is focused on the characterization of the material of interest, namely Ni-Ti alloys subjected to different thermal treatments, which is performed through thermo-mechanical test. From the results of these tests the mechanical properties of the material are obtained and subsequently used in the Finite Element Model of the product design. The second step concerns the Finite Element modeling of a plate that will be used in the flexible joint mounted on the hexapod. In particular, we focus on the behavior of this lamina under a specific compression load, with respect to the buckling analysis of the existing product made in steel. Finally, we proceed with the prototype's design and the realization of the Ni-Ti lamina, in order to perform the mechanical tests which could validate the FE model previously developed.

L'attività svolta con questo lavoro di Tesi si inserisce nell'ambito dell'utilizzo di materiali innovativi, quali le leghe a memoria di forma, per applicazioni speci che del settore dell'astronomia terrestre: in particolare si studia come sfruttare la pseudoelasticità delle leghe Ni-Ti nell'ambito dei giunti flessibili utilizzati in strutture peculiari come l'esapodo. La prima fase di questa attività si è occupata della caratterizzazione del materiale di interesse, ovvero leghe Ni-Ti che hanno subito di fferenti trattamenti termici, avvenuta tramite test di tipo termo-meccanico. Da questi test si sono ricavate le proprietà meccaniche del materiale che verranno successivamente utilizzate nel modello ad elementi finiti del prodotto da progettare. Il secondo passo riguarda la modellazione ad elementi finiti di una lamina che verrà utilizzata nel giunto fl essibile montato sull'esapodo. In particolare si studia il comportamento a compressione di tale lamina, con riferimento all'analisi di buckling del prodotto già esistente realizzato in acciaio. In fine si procede con la realizzazione del prototipo di lamina in Ni-Ti, per l'eff ettuazione di test meccanici a compressione, che validino il modello FEM precedentemente sviluppato.