http://elea.unisa.it/xmlui/handle/10556/3002 Tue, 14 Apr 2026 16:48:50 GMT 2026-04-14T16:48:50Z http://elea.unisa.it/xmlui/handle/10556/7892 Modeling and analysis of functionally graded nanobeams based on local/nonlocal theories of elasticity Lovisi, Giuseppe The aim of this thesis is to introduce the reader to nanotechnologies and functionally graded nanomaterials by providing definitions, classifications and potential applications. In particular, the thesis summarizes the different theories developed in recent decades to describe the mechanical response of such materials. Functionally graded materials represent an increasingly important class of advanced materials in various engineering applications, such as nano-microelectronic device design, precision sensors, and nanomechanical components. Initially, a brief introduction to nanotechnology and nanomaterials is provided, highlighting the extraordinary properties emerging at the nanoscale level. In addition, a comprehensive overview of functionally graded materials and micromechanical models used to characterize their thermo-mechanical behavior is presented. This initial overview defines the context and provides the foundation needed to fully understand the challenges and innovations addressed in the thesis. Subsequently, the document delves into the most commonly used nonlocal theories in scientific literature and their applications in nanoscale material mechanics. It explores the fundamental concepts of non-locality, illustrating how they can be applied to functionally graded nanobeams to capture long-range phenomena and nonlocal interactions that influence structural behavior. Firstly, the thesis extends the three-parameter nonlocal models of elasticity (L/NStrainG and L/NStressG) proposed in the literature, incorporating hygrothermal effects (L/NStrainGH and L/NStressGH) and evaluates their influence on static and dynamic responses. Moreover, the nonlocal surface stress-driven model of elasticity (SSDM) is extended to study the static response of functionally graded nanobeams, also in presence of discontinuous loads. This aspect provides an in-depth understanding of the behavior of such materials in real-world situations, with significant implications for nanodevice and nanoscale systems engineering. In addition, a rotational hinge-based approach is introduced to assess the effects of cracks, contributing to a comprehensive understanding of the factors influencing structural stability. The focus on these innovative aspects and original results significantly enriches the field of nanoscale material mechanics and opens promising prospects for future development and optimization of nanomechanical devices. In the analysis process, the Mathematica software was used to solve the governing equations of the problem. In particular, Galerkin’s method has been employed to obtain approximate numerical solutions, and a Higher Order Hamiltonian Approach has been proposed to study higher order nonlinear flexural frequencies. In conclusion, the thesis represents a contribution to the in-depth understanding of functionally graded nanobeams through the use of nonlocal theories. Moreover, the focus on surface energy effects, as well as on hygrothermal environment and cracks, provides a comprehensive and detailed view of the structural and mechanical behavior of these nanostructures. The results obtained and methodologies established have the potential to exert substantial influence on improving the design and engineering of nanodevices and nanoscale systems. .. [edited by Author]; L'obiettivo di questa tesi è introdurre il lettore alle nanotecnologie e ai nanomateriali funzionalmente gradati, fornendo definizioni, classificazioni e possibili utilizzi, nonché riassumendo le teorie formulate negli ultimi decenni per descrivere la risposta meccanica di tali materiali. I materiali funzionalmente gradati rappresentano una classe di materiali avanzati di crescente importanza in numerose applicazioni ingegneristiche, come la progettazione di dispositivi nano-microelettronici, sensori di precisione e componenti nanomeccanici. Inizialmente, viene fornita una breve introduzione alle nanotecnologie e ai nanomateriali, mettendo in luce le straordinarie proprietà che emergono quando si opera a scala nanometrica. Inoltre, viene presentata un’ampia panoramica sui materiali funzionalmente gradati e dei modelli micromeccanici impiegati per caratterizzarne il comportamento termo-meccanico. Questa panoramica iniziale delinea il contesto e le fondamenta necessarie per comprendere appieno le sfide e le innovazioni affrontate nella tesi. Successivamente, viene fornita una trattazione delle teorie nonlocali più comunemente utilizzate nella letteratura scientifica e delle loro applicazioni nella meccanica dei materiali a scala nanometrica. Si esplorano i concetti fondamentali della nonlocalità, illustrando come possano essere applicati alle nanotravi funzionalmente gradate per catturare i fenomeni a lungo raggio e le interazioni nonlocali che influenzano il comportamento strutturale. La tesi estende inizialmente i modelli nonlocali a tre parametri proposti in letteratura, incorporando gli effetti igrotermici, e successivamente ne valuta l'influenza sulla risposta statica e dinamica. Nel capitolo finale, il modello nonlocale di superficie guidato dallo stress ad un solo parametro, è stato esteso per lo studio della risposta statica di nanotravi funzionalmente gradate, soprattutto quando sono sottoposte a carichi discontinui. Questo passo rivela una visione approfondita del comportamento di tali materiali in situazioni reali, con implicazioni significative per l'ingegneria di nanodevice e sistemi a scala nanometrica. Inoltre, è stato introdotto un approccio basato su cerniere rotazionali per valutare gli effetti delle fessure, contribuendo così alla comprensione completa dei fattori che influenzano la stabilità strutturale. L'attenzione dedicata a questi aspetti innovativi e ai risultati originali arricchisce notevolmente il campo della meccanica dei materiali a scala nanometrica e apre prospettive promettenti per il futuro sviluppo e l'ottimizzazione dei dispositivi nanomeccanici. Nel processo di analisi, è stato utilizzato il software Mathematica per risolvere le equazioni che governano il problema. In particolare, è stato impiegato dapprima il metodo di Galerkin per ottenere soluzioni numeriche approssimate e successivamente proposto un approccio Hamiltoniano di Ordine superiore per lo studio delle frequenze nonlineari di ordine superiore. In conclusione, questa tesi rappresenta un contributo significativo alla comprensione approfondita delle nanotravi in materiale funzionalmente gradati attraverso l'utilizzo di teorie nonlocali. L'attenzione particolare riservata agli effetti superficiali, agli effetti igrotermici e alle fessure offre una visione completa e dettagliata del comportamento di questi materiali. I risultati ottenuti e le metodologie sviluppate potrebbero avere un impatto significativo sull'ottimizzazione del design e sull'ingegnerizzazione di nanodevice e sistemi a scala nanometrica. .. [a cura dell'Autore] 2022 - 2023 http://elea.unisa.it/xmlui/handle/10556/7892 http://elea.unisa.it/xmlui/handle/10556/7889 Seismic behaviour of seismic-resilient steel moment-resisting frames equipped with damage-free self-centring column bases Elettore, Elena Recent destructive seismic events have underlined the need for increasing research efforts devoted to the development of innovative seismic-resilient structures able to reduce seismic-induced direct and indirect losses. For steel Moment Resisting Frames (MRFs), the inclusion of Friction Devices (FDs) in Beam-to-column Joints (BCJs) has been widely investigated as a viable solution to provide both high local ductility and energy dissipation capacity. However, it has been demonstrated that, although using FDs efficiently protects the BCJs’ components from local damage, global damage can still be observed in significant post-earthquake residual drifts. This issue has been tackled by several research works, introducing elastic restoring forces able to regulate the structure’s Self-Centring (SC) capability, having the main advantage of ensuring both the energy dissipation capacity and the SC behaviour of the structure. However, although considerable attention has been given to define innovative technologies for BCJs, further research is still needed to define innovative configurations for Column Bases (CBs), which play a fundamental role in the seismic performance of steel MRFs, and their protection is paramount for the achievement of the structural resilience. In this context, an innovative Damage-Free Self-Centring Column Base (SC-CB) has been recently experimentally developed at the University of Salerno. It consists of a rocking column splice joint where a combination of FDs and PT bars with disk springs dissipates the seismic energy and promotes the connection's SC behaviour. Component tests of an isolated SC-CB specimen showed a good and stable flag-shaped hysteretic behaviour, demonstrating the advantages of this technology in terms of improved SC and energy dissipation capabilities. .. [edited by Author] 2021 - 2022 http://elea.unisa.it/xmlui/handle/10556/7889 http://elea.unisa.it/xmlui/handle/10556/7887 Simplified methods for the evaluation of seismic performances of steel MRFs and CBFs Todisco, Paolo This work aims at the definition, application and validation of a simplified performance-based method for the evaluation of seismic performances of steel buildings. Reference is made to steel Moment Resisting Frames (MRFs) and “X” shaped Concentrically Braced Frames (CBFs) structural types. The simplified method allows to define the capacity curve of a structure by using the elastic and rigid plastic analyses extended to second order effects and has been calibrated through a wide regression analysis on 420 structures designed for each structural type. As a result, a trilinear simplified capacity curve has been defined. To check the accuracy of the method, compared with other tools given by codes, in addition to pushover analysis, incremental dynamic analyses (IDA) have been carried out. These analyses have been developed on real structures and simulated designs in accordance with recent and old codes, to analyze different design philosophies. The final section summarizes the comparison in terms of capacity between the proposed simplified methodology and the IDA, according to the limit states provided by the current codes. [edited by Author]; Questo lavoro mira alla definizione, applicazione e validazione di un metodo semplificato basato sui livelli prestazionali per la valutazione delle performance sismiche degli edifici in acciaio. Si fa riferimento ai Moment Resisting Frames (MRF) in acciaio ai Concentrically Braced Frames (CBF) con controventi a "X". Il metodo semplificato permette di definire la curva di capacità di una struttura utilizzando l’analisi elastica e l’analisi rigido plastica estesa agli effetti del secondo ordine. Inoltre, è stato calibrato attraverso un'ampia analisi di regressione su 420 strutture progettate per ogni tipologia strutturale. Su tali basi, è stata definita una curva di capacità semplificata trilineare. Per verificare l'accuratezza del metodo, rispetto ad altri strumenti forniti dai codici, oltre all'analisi pushover, sono state effettuate analisi dinamiche incrementali (IDA). Queste analisi sono state sviluppate su strutture reali e progetti simulati in conformità con codici recenti e obsoleti, per analizzare diverse filosofie di progettazione. La sezione finale riassume il confronto in termini di capacità tra la metodologia semplificata proposta e le analisi dinamiche incrementali (IDA), secondo gli stati limite previsti dagli attuali codici. [a cura dell'Autore] 2021 - 2022 http://elea.unisa.it/xmlui/handle/10556/7887 http://elea.unisa.it/xmlui/handle/10556/7463 Safeability of a beam-to-column adhesive connection for large scale pultruded profiles: experimental investigation and modeling Granata, Luigi Fibre Reinforced Polymer (FRP) materials are appealing as alternative to traditional construction materials due to their high tensile strength, excellent resistance to aggressive environments, high strength to weight ratio, simple and rapid installation time. Also, due to their low maintenance requirements, these materials offer a promising alternative for the development of more durable and sustainable structures. The connections in GFRP structures are deemed to be essential in providing the required load-carrying capacities. The connection technology for pultruded GFRP profiles presents numerous challenges due to the brittle and anisotropic nature of the material. GFRP profiles are usually connected via bolting, adopting the design rules for similar steel connections, but in the last decade the adhesive technique has gained more and more interest. International Standards stipulates that bonded connections should not be allowed for primary load bearing components. Their use is permitted only in combination with or as a backup for bolted connections. The main reason for the prohibition of bonded connections is lack of knowledge about and experience with the performance of such connections. Hence, there is need for research on bonded connections in order to understand their behavior, in terms of strength and stiffness, and to assess their performance vis-a-vis similar bolted connections. The knowledge thus gained can be used by designers to safely design composite structures with bonded connections, provided that it can be demonstrated to be more advantageous than using bolted connections. Theoretically, there are reasons to believe that bonded connections can be superior to bolted connections in FRP composite structures. In fact, compared with the traditional mechanical assembly technologies (e.g., bolted, pinned or riveted methods), adhesive bonding has a lot of advantages. First of all, nearly all types of materials, including composite materials in particular, can be bonded by adhesives. Secondly, adhesive bonding technology makes bonded structures light in comparison to other assembly technologies (e.g. mechanical fasteners). Thirdly, due to the characteristic of making no holes in the surface prior to bonding, stress concentration can be decreased compared to other methods such as bolting and/or riveting. However, as confirmed by current literature, the mechanical response of structural adhesives in general and that of the bonded joints, in particular, is significantly dependent on several factors such as the temperature (both high and low values) and the moisture which may limit the applicability of structural adhesives. The environmental temperature may exceed the glass transition temperature (Tg) of the adhesive formulation entailing relevant changes in its properties, determining a transition from a hard to a rubbery behaviour, thus compromising its specific application. Due to different environmental parameters experienced by the assembled structures during the use, among which the temperature values, the adhesive can be naturally subjected to a delay or increase in the curing degree. This can lead to adverse or positive changes in strength and stiffness. The speed and extent of the changes depend on the magnitude and duration of the temperatures experienced by the adhesive. [edited by Author]; I materiali polimerici rinforzati con fibre (FRP) sono interessanti come alternativa ai materiali da costruzione tradizionali grazie alla loro elevata resistenza alla trazione, all'eccellente resistenza agli ambienti aggressivi, all'elevato rapporto resistenza/peso, al tempo di installazione semplice e rapido. Inoltre, a causa dei loro bassi requisiti di manutenzione, questi materiali offrono un'alternativa promettente per lo sviluppo di strutture più durevoli e sostenibili. I collegamenti nelle strutture GFRP sono ritenuti essenziali per fornire le capacità di carico richieste. La tecnologia di connessione per profili GFRP pultrusi presenta numerose sfide a causa della natura fragile e anisotropa del materiale. I profili GFRP sono solitamente collegati tramite bullonatura, adottando le regole di progettazione per connessioni in acciaio simili, ma nell'ultimo decennio la tecnica adesiva ha guadagnato sempre più interesse. Le norme internazionali stabiliscono che le connessioni incollate non dovrebbero essere consentite per i componenti portanti primari. Il loro uso è consentito solo in combinazione con o come backup per connessioni imbullonate. La ragione principale del divieto di connessioni vincolate è la mancanza di conoscenza ed esperienza con le prestazioni di tali connessioni. Quindi, c'è bisogno di ricerche sulle connessioni legate al fine di comprendere il loro comportamento, in termini di resistenza e rigidità, e di valutare le loro prestazioni rispetto a connessioni bullonate simili. Le conoscenze così acquisite possono essere utilizzate dai progettisti per progettare in sicurezza strutture composite con connessioni incollate, a condizione che si possa dimostrare che sono più vantaggiose rispetto all'utilizzo di connessioni imbullonate. Teoricamente, ci sono ragioni per credere che le connessioni legate possano essere superiori alle connessioni imbullonate nelle strutture composite FRP. Infatti, rispetto alle tradizionali tecnologie di assemblaggio meccanico (ad esempio, metodi imbullonati, appuntati o rivettati), l'incollaggio adesivo presenta molti vantaggi. Prima di tutto, quasi tutti i tipi di materiali, compresi i materiali compositi in particolare, possono essere incollati da adesivi. In secondo luogo, la tecnologia di incollaggio adesivo rende le strutture incollate leggere rispetto ad altre tecnologie di assemblaggio (ad esempio elementi di fissaggio meccanici). In terzo luogo, a causa della caratteristica di non praticare fori nella superficie prima dell'incollaggio, la concentrazione di stress può essere ridotta rispetto ad altri metodi come la bullonatura e / o la rivettatura. Tuttavia, come confermato dalla letteratura corrente, la risposta meccanica degli adesivi strutturali in generale e quella dei giunti incollati, in particolare, dipende significativamente da diversi fattori come la temperatura (sia valori alti che bassi) e l'umidità che possono limitare l'applicabilità degli adesivi strutturali. La temperatura ambientale può superare la temperatura di transizione vetrosa (Tg) della formulazione adesiva comportando rilevanti variazioni delle sue proprietà, determinando un passaggio da un comportamento duro a uno gommoso, compromettendone così la specifica applicazione. A causa dei diversi parametri ambientali sperimentati dalle strutture assemblate durante l'uso, tra cui i valori di temperatura, l'adesivo può essere naturalmente sottoposto a un ritardo o aumento del grado di polimerizzazione. Ciò può portare a cambiamenti avversi o positivi nella forza e nella rigidità. La velocità e l'entità delle variazioni dipendono dall'entità e dalla durata delle temperature sperimentate dall'adesivo. [a cura dell'Autore] 2020 - 2021 Thu, 26 May 2022 00:00:00 GMT http://elea.unisa.it/xmlui/handle/10556/7463 2022-05-26T00:00:00Z