Pannello a sandwich
elemento costituito da due strati distanziati e collegati a un core Da Wikipedia, l'enciclopedia libera
elemento costituito da due strati distanziati e collegati a un core Da Wikipedia, l'enciclopedia libera
Per pannello a sandwich (o struttura a sandwich) si intende un elemento costituito da due strati resistenti, detti pelli o facce, distanziati tra loro e collegati rigidamente ad un elemento connettivo che prende il nome di core: la struttura così composta ha un comportamento statico notevolmente migliore delle singole parti da cui è costituita.
Il core è in genere un materiale leggero e poco resistente, che permette di distanziare le pelli, composte di materiale nobile e di spessore ridotto. Le pelli sono preposte alla distribuzione dei carichi nel piano, la presenza del core è invece utile ad aumentare il valore della rigidezza flessionale del pannello, che dipende dalla distanza delle lamine dal piano medio. L'impiego di tale struttura è quindi paragonabile al concetto della trave con sezione a I, dove l'anima serve ad aumentare la rigidezza flessionale nella direzione della stessa. Distanziando le pelli si ottiene un incremento notevolissimo della rigidezza rispetto a un pannello costituito soltanto da uno spessore di materiale pari a quello delle due facce, con un incremento di peso ridottissimo. Per queste ragioni negli ultimi quaranta anni nell'industria aerospaziale si è sempre più consolidato l'impiego di pannelli sandwich.
Un esempio più comune di pannello sandwich è costituito da quel cartone in cui gli strati esterni piani sono separati da uno strato di cartone ondulato.
Le pelli sono solitamente costituite di materiale dall'elevata resistenza meccanica, che può essere un materiale composito in fibra di vetro, carbonio o kevlar, o anche di alluminio sottile o acciaio.
Per il core vengono impiegate strutture con celle a nido d'ape (honeycomb), schiume oppure altri materiali.
Le celle a nido d'ape vengono ottenute in vari modi:
Si ricordano alcuni problemi di instabilità locale o globale che presentano sandwich con honeycomb core:
Si definiscono schiume quei materiali cellulari ottenuti mediante la dispersione di un gas in un materiale plastico solido. La schiuma può essere:
La schiuma può essere allo stato liquido, se viene immessa a pressione nello stampo unitamente al gas, oppure in blocchi solidi semilavorati che vengono opportunamente tagliati e lavorati. Le schiume sono facilmente lavorabili e hanno basso costo, e per questo sono solitamente usate per costruire pannelli sandwich, nonostante le loro caratteristiche meccaniche siano inferiori a quelle del nido d'ape. Presentano ottime caratteristiche di isolamento termico e acustico, ottima capacità di smorzamento delle vibrazioni e resistenza agli urti.
Altri materiali in uso sono:
L'adesivo è necessario per unire le pelli al core. Si utilizzano adesivi a film[1] con caratteristiche molto simili a quelle delle resine che costituiscono le matrici nei materiali compositi, per cui è necessaria la polimerizzazione in autoclave. Esistono diverse formulazioni chimiche a seconda della natura dei materiali da unire (metallo-metallo, metallo-composito, composito-composito).
Il modo giusto di lavorare un pannello sandwich è a flessione e a taglio. Esso viene schematizzato come una piastra e il suo comportamento flessionale è regolato dalla nota formula:
La rigidezza flessionale è data dalla somma dei contributi del core e delle pelli:
I cui momenti d'inerzia, per unità di larghezza, valgono rispettivamente:
e
Sostituendo nella prima equazione e dividendo numeratore e moltiplicatore per , spessore totale del pannello, si ottiene:
dove:
Mentre con si è indicato il modulo di Young equivalente del pannello.
Il nuovo Airbus A380 utilizza un nuovo tipo di honeycomb realizzato in kevlar, che si ritrova in applicazioni come i pannelli interni e i flap delle ali. A parità di peso, il kevlar è cinque volte più resistente dell'acciaio e il suo impiego consente sostanziali risparmi di peso.[2]
La copertura del terminal, inaugurato il 28 novembre nel 2013, è realizzata su progetto degli architetti italiani Massimiliano e Doriana Fuksas: fra le caratteristiche salienti della nuova realizzazione che copre una superficie di 500 000 metri quadrati e che all'interno contiene 63 gates e uno spazio commerciale, vi è la forma della copertura che ricorda una manta ed è rivestita da una doppia pelle a nido d'ape. La struttura è lunga 1,5 chilometri e larga 80 metri.[3]
I pannelli sandwich, grazie alla loro leggerezza unita alla planarità e alla rigidità delle facce, hanno trovato applicazioni versatili nell'industria fotografica. Questi pannelli, composti da due strati esterni rigidi in pvc espanso con all'interno un core costituito da una struttura con celle a nido d’ape (honeycomb), offrono una soluzione ideale per la produzione di pannelli leggeri accoppiati alla stampa su carta fotografica. I pannelli sandwich si sono rivelati un'opzione eccellente per la produzione di stampe fotografiche di alta qualità da esporre nelle gallerie d'arte, negli spazi domestici e in ambienti commerciali
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