Raccolta di energia vibrazionale con dispositivi piezoelettrici: studio dell'applicazione al Ponte della Cittadella a Pisa

Studio dell'applicazione al Ponte della Cittadella (PI) del concetto di energy harvesting con materiali piezoelettrici. Nei primi capitoli si fornisce un'ampia descrizione dello stato dell'arte sulle tecniche di energy harvesting, con particolare riferimento ai metodi che sfruttano l'effetto piezoelettrico quale mezzo di conversione dell'energia. Si giunge quindi alla presentazione del Ponte della Cittadella: a un inquadramento storico dell'opera, segue la descrizione strutturale e del comportamento dinamico, secondo quanto ottenuto dalla documentazione tecnica reperita. Sulla base di quanto evidenziato, si è proceduto ad una modellazione strutturale mediante software di calcolo agli elementi finiti (Straus7), seguita da un'analisi dinamica modale mediante la quale si è reso possibile un confronto diretto tra il comportamento dinamico del modello di calcolo e quello del ponte reale. Una volta validato, il modello di calcolo è stato utilizzato per eseguire delle analisi dinamiche atte a simulare la dinamica della struttura per effetto del transito dei veicoli. A tale scopo sono stati concepiti modelli di carico dinamico di tipo bilineare, comunque validati su schemi statici semplici, di cui sono fornite soluzioni analitiche in letteratura. Eseguita l'analisi, si sono estratti i diagrammi di risposta di alcuni punti rappresentativi della mesh, sotto forma di time-history di spostamenti, di velocità e di accelerazioni verticali. Si è infine giunti alla modellazione del dispositivo piezoelettrico risonante con la sovrastruttura, schematizzato come una trave a mensola sollecitata alla base dalle accelerazioni desunte dall'analisi precedente. Definite le equazioni differenziali che reggono il problema dinamico, si è quindi valutata la risposta in termini di voltaggio e potenza, al variare di alcuni parametri significativi