Raspberry-Pi applicato alla realizzazione di macchine di prova biassiali per tessuti e film ETFE per l’architettura tessile

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Raspberry-Pi applicato alla realizzazione di macchine di prova biassiali per tessuti e film ETFE per l’architettura tessile

Negli ultimi anni la tecnologia dei dispostivi di prova biassiali per i tessuti tecnici destinati al settore dell’edilizia si è evoluta notevolmente e sono stati aperti stati aperti numerosi laboratori per la caratterizzazione meccanica dei tessuti spalmati. Al momento gli standard internazionali di rifermento in questo settore sono la norma MSAJ/M-02:1995 “Testing method for elastic constants of membrane materials” della Membrane Structures Association of Japan e la norma ASCE/SEI 55-10 Tensile membrane structures della American Society of Civil Engineers. Gran parte dei dispositivi di prova attualmente sul mercato si basano sulle procedure di prova previste da queste due norme che prevedono precisi profili di carico volti a simulare l’allungamento del tessuto durante le fasi di montaggio, pretensionamento e nel corso della vita utile della copertura tessile.

La procedura di prova più diffusa prevede l’utilizzo di un campione di forma cruciforme a cui viene applicato un carico uniforme nelle quattro direzioni tramite altrettanti attuatori applicati ad ogni lato del campione. Altre procedure applicate attualmente in uso prevedono l’utilizzo di solo due attuatori che trasferiscono il carico al campione di prova tramite un telaio flottante sostenuto da cuscinetti sferici a basso attrito e libero di muoversi nel piano del tessuto orientandosi secondo la direzione delle fibre del tessuto. Infine, nel caso si rendesse necessario il controllo del carico applicato lungo ogni lato del campione, è possibile utilizzare una macchina di prova composta da un telaio rigido di forma quadrata equipaggiato con una serie di attuatori su ogni lato, generalmente in numero variabile tra tre e sette. Due recenti studi hanno analizzato e confrontato i risultati ottenuti utilizzando i tre diversi dispositivi di prova e hanno confermato una buona corrispondenza tra i dati sperimentali.

Il costo delle macchine di prova biassiali è direttamente correlato alla dimensione, all’accuratezza e al livello di flessibilità dell’attrezzatura di laboratorio utilizzata. Tuttavia, il livello di complessità dei macchinari e l’assenza di prodotti standard portano a costi che sono difficilmente giustificabili nel caso di laboratori di ricerca, costruttori e studi di progettazione di piccole dimensioni.

Il presente studio, presentato da Maco Technology e dall’Università di Nottingham durante il convegno “Future visions” organizzato dall’ International Association for Shell and Spatial Structures ad Amsterdam dal 17 al 20 Agosto 2015, ha analizzato il potenziale della nuova generazione di microcontrollori open-source, come Arduino e Raspberry-Pi, nella realizzazione di macchine di prova biassiali affidabili e dal costo contenuto in modo da ridurre in modo significativo gli attuali costi associati alla caratterizzazione meccanica di tessuti spalmanti e film in ETFE per l’architettura tessile leggera.

Il caso studio presentato include lo sviluppo di un data logger basato sulla piattaforma Raspberry-Pi e in grado di acquisire i dati misurati da quattro celle di carico e da tre estensimetri applicati ad un campione cruciforme di un film in ETFE comunemente utilizzato in architettura.

BECCARELLI P., MARTIN B., LAU B., CHILTON J., BONARDI S. and MAFFEI R., 2015. Single-board microcontrollers applied to biaxial tests for architectural membranes In: International IASS Symposium 2015, 17-20 August, Amsterdam, Netherlands..

Macchina di prova biassiale dal budget contenuto sviluppata da Maco Technology srl, dall’Università di Nottingham e da Holscot Fluoroplastics Ltd.
Dettaglio del data-logger basato sul micro controller Raspberry-Pi

Abstract
The last decade has been characterisedby the progressive development of several biaxial testing equipment and procedures for the mechanical characterisation of coated fabrics. The few standards available in this field led to the development of several testing machines based on different loading principles to reproduce a biaxial stress state in a fabric. The most common approach is based on the symmetrical loading of a cruciform sample by means of four actuators,one on each side [4]. However, other concepts have been successfully applied such as the “floating frame”, where the upper reaction frame is mounted on spherical bearings and is free to move in the plane of the fabric [5], and the use of rigid square frame with batteries of independent servomotors on each side [6]. Two recent interlaboratory studies confirmed a fairly good correspondence in the values of stiffness obtained by the differentlaboratories[1] [7].The financial cost of each type of biaxial testing machine is directly related to the size, the accuracy and the level of flexibility of the testing equipment. However, the level of complexity and the absence of off-the-shelf productshasledto costs which are not affordable by small research institutions, manufacturing companies and engineering offices. This research aims to unveil the potential of the new generation of single-board microcontrollers (e.g. Arduino and Raspberry-Pi) for a reliable and affordable biaxial testing machine which can drastically reduce the current costs associated to the biaxial characterisation of coated fabrics and foils.The paper presents the development of a data logger based on Raspberry-Pi and able to record the data measured by four load cells a and three extensometers applied to a biaxial cruciform sample obtained from ETFE foils commonly used in Architecture.

Maco Technology srl
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