Sulla energia dissipata in alcuni organi di macchina

Questa tesi riguarda l'analisi delle trasmissioni ad ingranaggi e delle ruote dentate in generale, nell'ottica della minimizzazione delle perdite di energia. È stato messo a punto un modello per il calcolo della energia e del calore dissipati in un riduttore, sia ad assi paralleli sia epicicloidale. Tale modello consente di stimare la temperatura di equilibrio dell'olio al variare delle condizioni di funzionamento. Il calcolo termico è ancora poco diffuso nel progetto di riduttori, ma si è visto essere importante soprattutto per riduttori compatti, come i riduttori epicicloidali, per i quali la massima potenza trasmissibile è solitamente determinata proprio da considerazioni termiche. Il modello è stato implementato in un sistema di calcolo automatizzato, che può essere adattato a varie tipologie di riduttore. Tale sistema di calcolo consente, inoltre, di stimare l'energia dissipata in varie condizioni di lubrificazione ed è stato utilizzato per valutare le differenze tra lubrificazione tradizionale in bagno d'olio e lubrificazione a “carter secco” o a “carter umido”. Il modello è stato applicato al caso particolare di un riduttore ad ingranaggi a due stadi: il primo ad assi paralleli ed il secondo epicicloidale. Nell'ambito di un contratto di ricerca tra il DIEM e la Brevini S.p.A. di Reggio Emilia, sono state condotte prove sperimentali su un prototipo di tale riduttore, prove che hanno consentito di tarare il modello proposto [1]. Un ulteriore campo di indagine è stato lo studio dell’energia dissipata per ingranamento tra due ruote dentate utilizzando modelli che prevedano il calcolo di un coefficiente d'attrito variabile lungo il segmento di contatto. I modelli più comuni, al contrario, si basano su un coefficiente di attrito medio, mentre si può constatare che esso varia sensibilmente durante l’ingranamento. In particolare, non trovando in letteratura come varia il rendimento nel caso di ruote corrette, ci si è concentrati sul valore dell'energia dissipata negli ingranaggi al variare dello spostamento del profilo. Questo studio è riportato in [2]. È stata condotta una ricerca sul funzionamento di attuatori lineari vite-madrevite. Si sono studiati i meccanismi che determinano le condizioni di usura dell'accoppiamento vite-madrevite in attuatori lineari, con particolare riferimento agli aspetti termici del fenomeno. Si è visto, infatti, che la temperatura di contatto tra vite e chiocciola è il parametro più critico nel funzionamento di questi attuatori. Mediante una prova sperimentale, è stata trovata una legge che, data pressione, velocità e fattore di servizio, stima la temperatura di esercizio. Di tale legge sperimentale è stata data un'interpretazione sulla base dei modelli teorici noti. Questo studio è stato condotto nell'ambito di un contratto di ricerca tra il DIEM e la Ognibene Meccanica S.r.l. di Bologna ed è pubblicato in [3].

Riabilitazione protesica ed implanto-protesica di pazienti in età evolutiva affetti da Displasia Ectodermica

Introduction. Ectodermal Dysplasias are a heterogeneous group of inherited disorders characterized by dysplasia of tissues of ectodermal origin (hair, nails, teeth, skins and glands). Clinically, it may be divided into two broad categories: the X-linked hypoidrotic form and the hidrotic form. Hypohidrotic Ectodermal Dysplasia (H.E.D) is characterized by the triad oligo-anodontia, hypotricosis, hypo-anhydrosis (Christ-Siemens-Tourane syndrome). The incidence of HED is about 1/100,000. Mutation in the actodysplasin-A (EDA) and ectodysplasin-A receptor (EDAR) genes are responsible for X-linked and autosomal HED. The clinical features include sparse, fine hair, missing or conical-shaped teeth, decreased sweat and mucous glands, hypoplastic skin, and heat intolerance with exercise or increased ambient temperature. Complete or partial anodontia and malformation of teeth are the most frequent dental findings. Incisors and canines are often conical-shaped while primarily second molars, if present, are mostly affected by taurodontism. Treatment is supportive and includes protection from heat exposure, early prosthetic rehabilitation, skin, hair ear, nose and nail care, and genetic counseling for family planning. The diagnosis of HED in the neonatal and early infancy period may be difficult since sparse hair and absent teeth are normal finding at this age. In childhood the diagnosis is more easily made on the basis of history and clinical examination. Dental abnormalities are the most common complaint. Prosthetic rehabilitation has been recommended as an essential part of the management of HED because is important from functional, esthetic, and psychological standpoint. A team approach that includes input from a pediatric dentist, an orthodontist, a prosthodontist, and an oral and maxillofacial surgeon is necessary for a successful outcome. Conventional prosthodontic rehabilitation in young patient is often difficult because of the anatomical abnormalities of existing teeth and alveolar ridges. The conical shaped teeth and “knife-edge” alveolar ridges result in poor retention and instability of dentures. Moreover, denture must permit jaws expansion and a correct pattern of growth. Materials and Methods. Complete removable dentures were provided to allow for normal physiological development and a corrected masticatory function. Initial maxillary and mandibular impressions were made with smallest stock trays and irreversible hydrocolloid and then final impressions ware made with light-bodied polysulfide rubber base impression material. A base of autopolymerizing resin was constructed and a wax rim was added to the base. The patient’s vertical dimension of occlusion was established by assessing phonetic and esthetic criteria. Preliminary occlusal relations were recorded, and the mandibular cast was mounted on the articulator. Acrylic resin teeth specific for children dentures were selected and mounted. The dentures were tried in and, after proper adjustments, were inserted. The patients were monitored clinically every month to fit prostheses. Cephalometric radiographs were taken every 6 month with the prostheses in place in order to evaluate correct pattern of growth. Cephalometric measurements were realized and used to evaluate the effect of rehabilitation on craniofacial growth. Cephalometric measurements of sound patients were compared with ED patients. After two month expander screws (three-way screw in the upper denture and two-way the lower one)were inserted in each denture in order to permit the expansion of the denture and the jaws growth. Where conical teeth were present, composite crown were realized and luted to improve the esthetic and phonesis. In order to improve retention the placement of endosseous implants was carried out. TC 3D Accuitomo was performed and a resin model of mandibular bone of the patient was realized. At the age of 11 years two implants were inserted into anterior mandible in a child with anodontia. Despite a remarkable multi-dimensional atrophy of the mandibular alveolar process, the insertion of two tapered screw implants (SAMO Smiler, diameter 3.8, length 10 mm). After a submerged healing period of two-three month, the implants were exposed. Implants were connected with an expansion guide that permits mandibular growth and prosthetic retention. The amount of mandibular growth was also evaluate dusing the expansion guide. Results. Early oral rehabilitation improve oral function, phonesis and esthetic, reducing social impairment. Treated patients showed normal cephalometric measurement. Early rehabilitation is able to prevent the prognatissm of the mandibula . The number of teeth was significantly related to several changes in craniofacial morphology. Discussion. In the present study the 5,3% of ED patients showed hypodontia, the l’89,4% di oligodontia, and the 5,3% di anodontia. The cephalometric analysis supports that ED patients showed midface hypoplasia. ED groups showed an increased pogonion to nasion measurement than sound patients, indicative of class III tendency. The present study demonstrated that number of teeth was significantly correlated with deviation of cephalometric measurements from normality. Oligoanodontia is responsible for changing of cephalometric measuraments also on sagittal plane with a class III tendency. Maxillary jaw showed a retrused position related to the presence of hypodontia.

Funzionalizzazione della mandibola dopo ricostruzione con lembo libero rivascolarizzato di fibula "single strut". Al di là del deficit di verticalità.

Obiettivi: Valutare la modalità  più efficace per la riabilitazione funzionale del limbo libero di fibula "single strut", dopo ampie resezioni per patologia neoplastica maligna del cavo orale. Metodi: Da una casistica di 62 ricostruzioni microvascolari con limbo libero di fibula, 11 casi sono stati selezionati per essere riabilitati mediante protesi dentale a supporto implantare. 6 casi sono stati trattati senza ulteriori procedure chirurgiche ad eccezione dell'implantologia (gruppo 1), affrontando il deficit di verticalità  della fibula attraverso la protesi dentaria, mentre i restanti casi sono stati trattati con la distrazione osteogenetica (DO) della fibula prima della riabilitazione protesica (gruppo 2). Il deficit di verticalità  fibula/mandibola è stato misurato. I criteri di valutazione utilizzati includono la misurazione clinica e radiografica del livello osseo e dei tessuti molli peri-implantari, ed il livello di soddisfazione del paziente attraverso un questionario appositamente redatto. Risultati: Tutte le riabilitazioni protesiche sono costituite da protesi dentali avvitate su impianti. L'età  media è di 52 anni, il rapporto uomini/donne è di 6/5. Il numero medio di impianti inseriti nelle fibule è di 5. Il periodo massimo di follow-up dopo il carico masticatorio è stato di 30 mesi per il gruppo 1 e di 38.5 mesi (17-81) di media per il gruppo 2. Non abbiamo riportato complicazioni chirurgiche. Nessun impianto è stato rimosso dai pazienti del gruppo 1, la perdita media di osso peri-implantare registrata è stata di 1,5 mm. Nel gruppo 2 sono stati riportati un caso di tipping linguale del vettore di distrazione durante la fase di consolidazione e un caso di frattura della corticale basale in assenza di formazione di nuovo osso. L'incremento medio di osso in verticalità è stato di 13,6 mm (12-15). 4 impianti su 32 (12.5%) sono andati persi dopo il periodo di follow-up. Il riassorbimento medio peri-implantare, è stato di 2,5 mm. Conclusioni: Le soluzioni più utilizzate per superare il deficit di verticalità  del limbo libero di fibula consistono nell'allestimento del lembo libero di cresta iliaca, nel posizionare la fibula in posizione ideale da un punto di vista protesico a discapito del profilo osseo basale, l'utilizzo del lembo di fibula nella versione descritta come "double barrel", nella distrazione osteogenetica della fibula. La nostra esperienza concerne il lembo libero di fibula che nella patologia neoplastica maligna utilizziamo nella versione "single strut", per mantenere disponibili tutte le potenzialità  di lunghezza del peduncolo vascolare, senza necessità  di innesti di vena. Entrambe le soluzioni, la protesi dentale ortopedica e la distrazione osteogenetica seguita da protesi, entrambe avvitate su impianti, costituiscono soluzioni soddisfacenti per la riabilitazione funzionale della fibula al di là  del suo deficit di verticalità . La prima soluzione ha preso spunto dall'osservazione dei buoni risultati della protesi dentale su impianti corti, avendo un paragonabile rapporto corona/radice, la DO applicata alla fibula, sebbene sia risultata una metodica con un numero di complicazioni più elevato ed un maggior livello di riassorbimento di osso peri-implantare, costituisce in ogni caso una valida opzione riabilitativa, specialmente in caso di notevole discrepanza mandibulo/fibulare. Decisiva è la scelta del percorso terapeutico dopo una accurata valutazione di ogni singolo caso. Vengono illustrati i criteri di selezione provenienti dalla nostra esperienza.

Metodi di ottimizzazione morfologica nel progetto preliminare di propulsori aeronautici avanzati

The aim of this Doctoral Thesis is to develop a genetic algorithm based optimization methods to find the best conceptual design architecture of an aero-piston-engine, for given design specifications. Nowadays, the conceptual design of turbine airplanes starts with the aircraft specifications, then the most suited turbofan or turbo propeller for the specific application is chosen. In the aeronautical piston engines field, which has been dormant for several decades, as interest shifted towards turboaircraft, new materials with increased performance and properties have opened new possibilities for development. Moreover, the engine’s modularity given by the cylinder unit, makes it possible to design a specific engine for a given application. In many real engineering problems the amount of design variables may be very high, characterized by several non-linearities needed to describe the behaviour of the phenomena. In this case the objective function has many local extremes, but the designer is usually interested in the global one. The stochastic and the evolutionary optimization techniques, such as the genetic algorithms method, may offer reliable solutions to the design problems, within acceptable computational time. The optimization algorithm developed here can be employed in the first phase of the preliminary project of an aeronautical piston engine design. It’s a mono-objective genetic algorithm, which, starting from the given design specifications, finds the engine propulsive system configuration which possesses minimum mass while satisfying the geometrical, structural and performance constraints. The algorithm reads the project specifications as input data, namely the maximum values of crankshaft and propeller shaft speed and the maximal pressure value in the combustion chamber. The design variables bounds, that describe the solution domain from the geometrical point of view, are introduced too. In the Matlab® Optimization environment the objective function to be minimized is defined as the sum of the masses of the engine propulsive components. Each individual that is generated by the genetic algorithm is the assembly of the flywheel, the vibration damper and so many pistons, connecting rods, cranks, as the number of the cylinders. The fitness is evaluated for each individual of the population, then the rules of the genetic operators are applied, such as reproduction, mutation, selection, crossover. In the reproduction step the elitist method is applied, in order to save the fittest individuals from a contingent mutation and recombination disruption, making it undamaged survive until the next generation. Finally, as the best individual is found, the optimal dimensions values of the components are saved to an Excel® file, in order to build a CAD-automatic-3D-model for each component of the propulsive system, having a direct pre-visualization of the final product, still in the engine’s preliminary project design phase. With the purpose of showing the performance of the algorithm and validating this optimization method, an actual engine is taken, as a case study: it’s the 1900 JTD Fiat Avio, 4 cylinders, 4T, Diesel. Many verifications are made on the mechanical components of the engine, in order to test their feasibility and to decide their survival through generations. A system of inequalities is used to describe the non-linear relations between the design variables, and is used for components checking for static and dynamic loads configurations. The design variables geometrical boundaries are taken from actual engines data and similar design cases. Among the many simulations run for algorithm testing, twelve of them have been chosen as representative of the distribution of the individuals. Then, as an example, for each simulation, the corresponding 3D models of the crankshaft and the connecting rod, have been automatically built. In spite of morphological differences among the component the mass is almost the same. The results show a significant mass reduction (almost 20% for the crankshaft) in comparison to the original configuration, and an acceptable robustness of the method have been shown. The algorithm here developed is shown to be a valid method for an aeronautical-piston-engine preliminary project design optimization. In particular the procedure is able to analyze quite a wide range of design solutions, rejecting the ones that cannot fulfill the feasibility design specifications. This optimization algorithm could increase the aeronautical-piston-engine development, speeding up the production rate and joining modern computation performances and technological awareness to the long lasting traditional design experiences.