Contatto alla nano-scala

A scale sufficientemente piccole, non esistono superfici lisce. La scabrezza, perciò, condiziona i meccanismi di trasferimento delle forze tra corpi a contatto.

Mediante un modello di interazione, implementato nel codice di calcolo ICARUS, si può simulare il campo di forze di contatto tra una sfera e un piano scabro. 

Nelle animazioni seguenti sono messi a confronto il caso di contatto teoricamente liscio (detto Hertziano, poiché Heinrich Hertz fu il primo a studiare questo problema, nel 1882) e quello scabro (in cui una certa rugosità è sovrapposta alla faccia del piano). I grafici riportano l'area di contatto, intorno al punto di primo contatto, e il colore dei punti rappresenta l'intensità della forza agente (da blu a rosso). A sinistra il caso Hertziano, a destra in presenza di scabrezza.

Materiali eterogenei

Il comportamento meccanico di alcuni materiali eterogenei si può studiare mediante simulazioni numeriche secondo il metodo degli elementi finiti, generando mesh bi o tridimensionali, ove le proprietà meccaniche di ciascun elemento siano assegnate in modo da rispettare certi parametri statistici.

Nelle figura di sinistra, ad esempio, si riporta il modello di un campione bidimensionale, soggetto a compressione in senso verticale, costituito da due materiali: il primo costituente la matrice (in rosso) e l'altro (in giallo) caratteristico delle inclusioni, qui di forma ellittica e con orientamento preferenziale. A destra vi è una rappresentazione della tensione verticale, che mostra come lo stato tensionale sia pesantemente influenzato dalla presenza delle inclusioni, qui meno rigide rispetto alla matrice.