The hedgehog shape memory alloys based shock absorber

Despite Shape Memory Alloys are a quite young technology, they become a standard in the biomedical field, thanks to their unusual characteristics. However, in the industrial field, only few successful applications exist. Psychological inertia is often responsible to push potential users toward more conventional solutions notwithstanding the numerous advantages that these alloys are capable to offer if used for some applications. The goal of this research work is to identify an application that exploits the key features of Shape Memory Alloys in the industrial field. To achieve this result, Biomimetics has been used, getting inspiration from the different examples provided by the Biomimicry taxonomy. Among the diverse examples taken into consideration, the hedgehog, and its spines, have led us to devise a new concept of impact absorber. The device based on this idea exploits the Superelasticity of many Shape-Memory-Alloy wires arranged with the same configuration of the spines of a hedgehog. In addition, several tests have been carried out, in order to prove the concept and eventually the device has demonstrated to be capable of absorbing large amounts of energy. The first tests carried out have shown an absorption capability equal than 85% with respect to the energy provided. Such capability has been subsequently verified through compression tests and impact tests and the obtained results have been compared with those of a crash box, a device commonly used to absorb shocks in the automotive field. It is important to state that, since the test method used for the crash box is different from what we did for our absorber, the comparison has been made only partially. However, the results have shown the excellent potential of the developed device. Future tests are planned in future, going beyond the focus of this research work. If the results obtained in this research work will be confirmed for higher impact energies and for different layouts, fields such as the automotive or the military one could benefits from the use of the hedgehog absorber.

Nonostante le Leghe a Memoria di Forma siano una tecnologia relativamente giovane, grazie alle proprie peculiari caratteristiche, in campo biomedicale, sono riuscite a diventate uno standard. Viceversa, all’interno del mondo industriale, esistono poche applicazioni di successo e l’inerzia psicologica spesso spinge potenziali utilizzatori a scegliere soluzioni più convenzionali nonostante gli indiscutibili vantaggi che in determinati contesti tali leghe siano in grado di offrire. In questa tesi ci siamo proposti come obiettivo quello di identificare un’applicazione di interesse industriale che sfrutti al meglio le caratteristiche delle Leghe a Memoria di Forma. A tale scopo abbiamo scelto di farci aiutare dalla Biomimetica che attraverso i numerosi esempi, codificati al suo interno, ci ha permesso di trovare un’idea che sfrutti al meglio le caratteristiche della lega. In particolare, tra i tanti esempi presi in considerazione, il riccio, e le sue spine, hanno portato ad ideare un nuovo concetto di assorbitore d’urti. Il dispositivo che concretizza tale idea, sfruttando la Superelasticità di tanti fili in Lega a Memoria di Forma disposti con la stessa configurazione delle spine di un riccio, si è dimostrato in grado di assorbire grandi quantità di energia. I primi test effettuati hanno mostrato una capacità di assorbimento pari all’85 % dell’energia fornita. La capacità di assorbimento del nuovo assorbitore è stata successivamente verificata attraverso prove di compressione e prove di impatto i cui risultati sono stati poi confrontati con il crash box, un dispositivo comunemente utilizzato per assorbire urti in campo automobilistico. Sebbene il confronto sia stato fatto solo parzialmente per le diverse modalità di prova tra crash box e l’assorbitore oggetto di questa tesi, i risultati evidenziano ottime potenzialità di quest’ultimo. Se i risultati già ottenuti dovessero essere confermati anche dalle prove che verranno effettuate al di fuori di questa tesi per energie di impatto superiori e per soluzioni costruttive differenti, diversi settori, tra cui in primis quello automobilistico e quello militare, potrebbero trarne giovamento.