Uno strumento di interazione fluido-struttura per la protezione dei siti di produzione di energia pulita (FSI-CEP)

L’acqua rappresenta un elemento critico per le attività antropiche e per le infrastrutture. Negli ultimi anni, gli effetti del cambiamento climatico sono diventati sempre più evidenti, generando scenari in cui il contatto diretto o la prossimità con masse d’acqua può compromettere la sicurezza delle persone, la continuità delle attività economiche e l’integrità di strutture di interesse strategico, come ad esempio quelle destinate alla produzione di energia. Ciò vale in particolare per quelle attività localizzate in prossimità di litorali a bassa elevazione, potenzialmente soggette a fenomeni di inondazione provocati da onde marine generate da tempeste, oppure – data l’elevata sismicità del territorio nazionale e delle aree marine adiacenti – da eventuali tsunami. Rischi analoghi possono verificarsi lungo corsi d’acqua fluviali e torrentizi, i quali, a seguito di eventi meteorici intensi e improvvisi, possono dar luogo a esondazioni con gravi ripercussioni per centri abitati e attività economiche, agricole e industriali.

In tale contesto, è fondamentale porre attenzione alle strutture di interesse strategico in diretto contatto con l’acqua, quali barriere protettive, dighe o piattaforme offshore per l’installazione di turbine eoliche. Queste strutture risultano particolarmente esposte a sollecitazioni indotte da acque marine o lacustri, come impulsi dinamici e azioni chimiche che favoriscono fenomeni corrosivi e l’innesco e la propagazione di danneggiamenti strutturali.

L’interazione tra acqua e strutture costituisce il fulcro del presente progetto di ricerca. Da un lato, si intende valutare l’impatto dell’acqua sulle strutture, attraverso la quantificazione del livello di rischio cui esse sono soggette. Dall’altro lato, si propone di monitorare le strutture sottoposte a condizioni di carico estreme, ovvero sollecitazioni meccaniche impulsive, o effetti di corrosione dovuti al contatto prolungato con acqua salina. Infine, l’obiettivo è monitorare il comportamento strutturale complessivo e prevedere l’evoluzione del danno e dei fenomeni di degrado. Gli strumenti metodologici previsti includono applicazioni avanzate della meccanica del continuo, tra cui l’interazione fluido-struttura, la meccanica della frattura, la meccano-diffusione, e altri approcci affini.

Nell’analisi delle prestazioni strutturali di materiali e componenti in ambienti severi, è necessario tenere in considerazione un’ampia gamma di fenomeni, tra cui la degradazione di solidi elastici dovuta a processi microscopici quali l’innesco, la crescita e la coalescenza di microfessure, innescati da carichi meccanici e dalla presenza di soluti diffondenti all’interno del solido. Tali fenomeni risultano rilevanti in numerose applicazioni ingegneristiche reali, come: le batterie agli ioni di litio, in cui si verifica la diffusione di ioni all’interno degli anodi solidi; l’infragilimento da idrogeno nei metalli, ovvero la perdita di duttilità indotta dalla diffusione dell’idrogeno; il magnetismo da intercalazione in materiali massivi non magnetici; la diffusione dell’acqua nei polimeri adesivi dentinali, che causa ammorbidimento meccanico e degradazione idrolitica; e molte altre situazioni analoghe.

Unità di ricerca

• Università di Napoli “Federico II” – Responsabile di progetto: Marialaura Di Somma
• Università di Sassari – Responsabile scientifico di unità: Emilio Barchiesi
• Università di Cagliari – Responsabile scientifico di unità: Victor Eremeev

Call
Bando PRIN 2022 PNRR

Durata del progetto
24 mesi

Principali campi ERC 
PE - Physical Sciences and Engineering

Subcampi ERC 

• PE8_3 Civil engineering, architecture, offshore construction, lightweight construction, geotechnics
• PE8_5 Fluid mechanics

Parole chiave 
Fluid Structure Interaction, Computational Fluid Dynamics, Damage model, Nonlocal damage, Clean energy production