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MODELLAZIONE DI TESSUTI BIOLOGICI MOLLI E VERIFICA TEORICO-SPERIMENTALE DI ELEMENTI DI PROTEZIONE DI NUOVA CONCEZIONE.

1.Materiali cellulari per la protezione dagli urti. Una prima linea di ricerca riguarderà la validazione sperimentale e teorica dell'efficacia di strati protettivi di materialecellulare. Gli strati di cui si intende valutare l'efficacia sono strutture cellulari alveolari, di piccolo spessore, progettate In modo da massimizzare l'assorbimento dienergia da impatto. L'efficienza di queste strutture può essere valutata analiticamente e sperimentalmente. Il costo e l'impegno della parte sperimentale può essere drasticamente ridotto setale fase è preceduta da una analisi preliminare, nella quale gli effetti delle possibili varianti geometriche e dei parametri principali della cella elementare, sono valutatinumericamente.A questo fine saranno elaborati modelli costitutivi e strutturali dello strato, di diversa complessità, in grado di fornireprevisioni circa la capacità dissipativa del manufatto, sottoposto a fenomeni di impatto.Una volta ottimizzate le caratteristiche della struttura e selezionato un numero ridotto di varianti, saranno realizzati dei prototipi in scala del materiale che sarannosottoposti a prove di tipo statico e dinamico.In particolare la capacità di assorbimento e trasformazione della energia cinetica in calore, sarà valutato con il dardo strumentato (impattore) disponibile nel nostrolaboratorio di prove materiali.2. Valutazione sperimentale e simulata degli effetti principali e secondari (endocrinologici) di urti traumatici o ripetuti al capo. Il primo obiettivo di questa secondalinea di ricerca, strettamente connessa alla prima, è il perfezionamento di un modello FEM della testa che stiamo costruendo a Salerno da alcuni anni, con il contributodi medici e ricercatori dell'Ospedale Pediatrico Bambino Gesù di Roma. Un numero ridotto di modelli ad elementi finiti della testa esiste in letteratura. Nellacostruzione di questi modelli si incontrano notevoli difficoltà, la più cruciale è rappresentata dalla corretta modellazione meccanica dei tessuti molli che compongonoil cervello (sostanza grigia e bianca). Tali tessuti sono molto deformabili, sono perfusi da fluido e hanno comportamento fortemente non lineare.Nel lavoro [F.Velardi, F.Fraternali, M.Angelillo, Anisotropic constitutive equations and experimental tensile behaviour of brain tissue, Biomech Model Mechanbiol.5: 53-61, 2007] si studia, teoricamente e sperimentalmente, il comportamento meccanico dei tessuti cerebrali (sostanza bianca e grigia) utilizzando legami costitutividi tipo iperelastico non-lineare a comportamento isotropo (sostanza grigia) e trasversalmente isotropo (sostanza bianca), quali il modello di Ogden (1984).I legami costitutivi descritti sono stati implementati in un modello ad elementi finiti sviluppato dal nostro gruppo di ricerca e finalizzato all'analisi numerica di impatti,con un codice commerciale di analisi dinamica ad integrazione esplicita (LS-Dyna). Le caratteristiche peculiari del modello, sono descritte nel lavoro [M.Angelillo,L.Cardamone, D.Socci, G. De Riso, F.Velardi, “A numerical model for the simulation of head impact”, in corso di stampa su Meccanica]. Oltre all'accuratezza delladescrizione geometrica e fisica dei materiali e delle strutture della testa umana, in questo lavoro si introduce un nuovo criterio locale di danno, finalizzato allaprevisione di danni cerebrali permanenti, sia superficiali che profondi (DAI).Il modello ad elementi finiti è stato validato confrontando i nostri risultati con i dati di accelerazione dell'Hodgson test e con i dati di pressione relativi ad alcune provesperimentali disponibili in letteratura. La validazione del criterio di danno, con il contributo fondamentale di Francesco Velardi e del suo gruppo di ricerca delBambino Gesù, è ancora in corso.