Modellazione della morfologia della spiaggia di Cesenatico Ponente con il codice di calcolo X-Beach

In questa tesi è stata analizzata attraverso una modellazione numerica tramite Xbeach la batimetria delle coste di Cesenatico Ponente e la sua modifica dopo eventi meteomarini del clima tipico della durata di 12 ore. Verrà analizzata in primis l'area di studio attraverso la descrizione delle caratteristiche e delle opere presenti, si delineeranno quali funzioni vengono adottate nel modello e seguiranno poi le spiegazioni di tutti i passi svolti e quali parametri sono stati utilizzati per lanciare una simulazione. Infine, verranno mostrati e commentati i risultati più significativi.

Modellazione e simulazione di un processo di produzione per l'industria 4.0

In un mondo in continua trasformazione cresce sempre più il numero delle aziende che hanno colto l’importanza della digitalizzazione dei processi produttivi. Alcune di esse si affidano ad esperti capaci di suggerire soluzioni per ottenere servizi di alta qualità e fruibilità con l’integrazione di sistemi gestionali. Il presente lavoro di tesi ha come obiettivo l’analisi del processo produttivo di una azienda che realizza armadi per stazioni di ricarica elettrica serie terra a colonna. Si compone di sei capitoli, il primo affronta il tema della Simulazione e le sue principali caratteristiche per analizzare un processo di produzione; il secondo esamina i linguaggi, le applicazioni e i modelli di simulazione; il terzo analizza e descrive le peculiarità e le caratteristiche del software utilizzato per la simulazione; il quarto capitolo affronta il tema dell’industria 4.0 spingendo all’innovazione nei sistemi produttivi per raggiungere una produzione del tutto automatizzata e interconnessa; nel quinto viene descritto il modello digitale per ottenere in modo preciso un oggetto fisico, così da avere una Simulazione precisa, infine, il sesto esamina la Simulazione e Modellizzazione come strumento per l’ottimizzazione del processo produttivo riguardante armadi per stazioni di ricarica elettrica serie terra a colonna. Il raggiungimento dell’uso della simulazione come supporto all’analisi dinamica di un processo consente di avere una panoramica complessiva di tutte le operazioni, rappresentando, così un vantaggio per le aziende che possono valutare con oggettività soluzioni progettuali alternative, di cui è difficile prevedere il comportamento, le prestazioni e l’impatto su altri sistemi. Questi risultati sono la risposta alle necessità di disporre strumenti per l’anticipazione, il dimensionamento e il contenimento dei rischi di progetto.

Progetto e modellazione CAD di parti per comandi di simulatore di volo di elicottero da produrre con tecniche additive

La tesi di laurea, di tipo sperimentale, nasce dall’esigenza di progettare un sistema di force feedback da installare sui comandi di un simulatore di volo per elicottero, prevedendo di utilizzare tecnologie additive per la produzione dei componenti. Sono state, quindi, presentate alcune proposte per il soddisfacimento dei requisiti di progetto. Tra le due soluzioni progettuali individuate, una è stata scartata, mentre l'altra, basata su un collare da montare sul comando del ciclico e su un disegno per il supporto del sistema di ritenuta, è stata sviluppata. Sono state fatte, di conseguenza, assieme a quelle di tipo progettuale, alcune scelte legate alla pianificazione meccanica (ad esempio, scelta delle viti e delle molle). Il risultato finale è un sistema di force feedback funzionante, in cui la leva del comando ciclico del simulatore di volo per elicottero oppone uno sforzo in seguito ad una deflessione da parte del pilota.

Modellazione del Digital Twin e simulazioni di Virtual Commissioning di un centro di lavoro

Lo studio condotto è relativo allo sviluppo del Digital Twin di macchine automatiche finalizzato all’implementazione del cosiddetto Virtual Commissioning, cioè simulazioni virtuali della messa in servizio delle macchine per la verifica preliminare e/o ottimizzazione dei codici di controllo (Part Program o G-code). In particolare, il caso di studio trattato in questa tesi è la macchina F2F prodotta dall’Azienda GIULIANI (gruppo Bucci Automations S.p.a., Faenza – RA), con centro di lavoro bi-mandrino con tavola rotante azionato tramite controllore Fanuc. Dopo aver creato il Digital Twin della macchina, che ha richiesto come primo passo la digitalizzazione di alcuni componenti di cui non si avevano a disposizione i modelli CAD 3D, sono state effettuate simulazioni di cicli di lavoro di diversi semigrezzi, così da validare il modello in modo approfondito sulla base dell’esame di varie casistiche. In questa tesi si analizzano nel dettaglio il processo di sviluppo del modello e le procedure di simulazioni di Virtual Commissioning implementate sul software Eureka Virtual Machining (Roboris S.r.l., Pisa), delle quali vengono presentati i maggiori problemi riscontrati e illustrate le relative soluzioni. L’obiettivo è quello di fornire linee guida di carattere generale per affrontare anche in futuro le criticità più significative durante la fase di digitalizzazione delle macchine prodotte dall’Azienda. Inoltre, come applicazione particolare delle simulazioni Virtual Commissiong, è stata svolta un’attività di ottimizzazione per la riduzione del tempo di ciclo di lavoro di un pezzo, con lo scopo di incrementare la produttività della macchina. Infine, si fa notare che il produttore del software ha eseguito modifiche alla versione corrente di Eureka sulla base delle criticità che sono state riscontrate e segnalate durante lo sviluppo di questa tesi.

Modellazione analitica e caratterizzazione sperimentale di cuscinetti ad aria per simulazioni di dinamiche rotazionali

La complessità dei satelliti e la difficoltà nell’analizzare e risolvere eventuali malfunzionamenti che occorrono dopo la messa in funzione, comportano la necessità di completare estensive campagne di verifica sperimentale prima del lancio in orbita. Nel caso del sistema di determinazione e controllo di assetto (ADCS) è necessario riprodurre a terra le condizioni di microgravità e quasi totale assenza di attrito che si riscontrano in orbita. Per simulare l’ambiente spaziale a terra si usano quindi dei banchi prova progettati e costruiti appositamente per questo scopo: vengono solitamente impiegati dei cuscinetti ad aria sferici, piani oppure di entrambi i tipi per dare al sistema da verificare gradi di libertà rotazionali. Il Laboratorio Microsatelliti Microsistemi Spaziali dell’Università di Bologna ha sviluppato un banco prova in cui possono essere utilizzati alternativamente due cuscinetti sferici, uno realizzato in PVC e l’altro in alluminio. Al fine di certificare l’affidabilità dei risultati ottenuti dalle prove sperimentali, è necessario caratterizzare tutte le fonti di disturbo e in particolare verificare che i disturbi introdotti dai cuscinetti siano sufficientemente bassi da assicurare una fedele simulazione dell’ambiente spaziale. Nel presente elaborato è descritta la progettazione e la realizzazione di una piattaforma sperimentale necessaria per quantificare le coppie di disturbo dei due cuscinetti utilizzati presso il laboratorio. I risultati sperimentali ottenuti sono stati comparati con un modello analitico ricavato da precedenti conclusioni pubblicate nella letteratura scientifica. In seguito, la tesi esamina l’approccio utilizzato per stimare le coppie di disturbo e compara i risultati per entrambi i cuscinetti disponibili. Il lavoro svolto mette a servizio del laboratorio gli strumenti necessari a dimensionare i cuscinetti che verranno sviluppati e utilizzati in futuro.

Modellazione e progettazione di un sistema di tracciabilità blockchain nell’industria agroalimentare: Il caso Moncaro

Industria 4.0 ha coinvolto il settore agroalimentare introducendo nuove strategie di tracciabilità, a favore della sostenibilità e della sicurezza alimentare. L’Organizzazione Internazionale della Vigna e del Vino pone tra gli obiettivi per il 2024 la transizione digitale della filiera, così da avere una tracciabilità trasparente e affidabile. Questo fornisce un vantaggio ai produttori e ai consumatori che dispongono di maggiori informazioni quantitative e qualitative del prodotto. I sistemi di tracciabilità sono integrati nella supply chain aumentandone la resilienza; tuttavia, la maggior parte degli ERP in commercio ricostruiscono la tracciabilità a posteriori: dal codice lotto finale si ricompone tutto il processo. Per monitorare costantemente la filiera ed incrementarne la trasparenza si stanno integrando nuove tecnologie alla tracciabilità, come l’intelligenza artificiale e la blockchain. Obiettivo di questa tesi è la progettazione di un sistema di tracciabilità blockchain. Pertanto, si introduce alla tracciabilità e alla blockchain descrivendo i principali contributi in letteratura che propongono approcci e strategie, evidenziando vantaggi e sfide future. Poi, si presenta il caso Moncaro, cooperativa agricola che ha cantine e vigneti nel territorio marchigiano, analizzando il processo di vinificazione in bianco dal punto di vista del flusso fisico e informativo, rispettivamente tramite BPMN e Relationship chart. Ai fini della modellazione e della scelta dei dati da inserire in tracciabilità, si analizzano le informazioni registrate negli ERP sviluppati da Apra s.p.a., software house, di cui Moncaro fruisce. Quindi, si propone la formulazione di un algoritmo in pseudocodice che permette di collegare sequenzialmente le attività, così, da ottenere la tracciabilità real time e un’architettura che può gestire tutte le informazioni della supply chain. Infine, si è implementato uno scenario produttivo reale, mediante l’architettura di database a grafo di Neo4j AuraDB

Produzione di bioetanolo da scarti lignocellulosici della canna da zucchero: condizioni di saccarificazione e fermentazione simultanee (SSF) e aspetti ambientali del processo

Il presente studio ha avuto l’obiettivo di indagare la produzione di bioetanolo di seconda generazione a partire dagli scarti lignocellulosici della canna da zucchero (bagassa), facendo riscorso al processo enzimatico. L’attività di ricerca è stata svolta presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica dell’Università di Lund (Svezia) all’interno di rapporti scambio con l’Università di Bologna. Il principale scopo è consistito nel valutare la produzione di etanolo in funzione delle condizioni operative con cui è stata condotta la saccarificazione e fermentazione enzimatica (SSF) della bagassa, materia prima che è stata sottoposta al pretrattamento di Steam Explosion (STEX) con aggiunta di SO2 come catalizzatore acido. Successivamente, i dati ottenuti in laboratorio dalla SSF sono stati utilizzati per implementare, in ambiente AspenPlus®, il flowsheet di un impianto che simula tutti gli aspetti della produzione di etanolo, al fine di studiarne il rendimento energetico dell’intero processo. La produzione di combustibili alternativi alle fonti fossili oggigiorno riveste primaria importanza sia nella limitazione dell’effetto serra sia nel minimizzare gli effetti di shock geopolitici sulle forniture strategiche di un Paese. Il settore dei trasporti in continua crescita, consuma nei paesi industrializzati circa un terzo del fabbisogno di fonti fossili. In questo contesto la produzione di bioetanolo può portare benefici per sia per l’ambiente che per l’economia qualora valutazioni del ciclo di vita del combustibile ne certifichino l’efficacia energetica e il potenziale di mitigazione dell’effetto serra. Numerosi studi mettono in risalto i pregi ambientali del bioetanolo, tuttavia è opportuno fare distinzioni sul processo di produzione e sul materiale di partenza utilizzato per comprendere appieno le reali potenzialità del sistema well-to-wheel del biocombustibile. Il bioetanolo di prima generazione ottenuto dalla trasformazione dell’amido (mais) e delle melasse (barbabietola e canna da zucchero) ha mostrato diversi svantaggi: primo, per via della competizione tra l’industria alimentare e dei biocarburanti, in secondo luogo poiché le sole piantagioni non hanno la potenzialità di soddisfare domande crescenti di bioetanolo. In aggiunta sono state mostrate forti perplessità in merito alla efficienza energetica e del ciclo di vita del bioetanolo da mais, da cui si ottiene quasi la metà della produzione di mondiale di etanolo (27 G litri/anno). L’utilizzo di materiali lignocellulosici come scarti agricolturali e dell’industria forestale, rifiuti urbani, softwood e hardwood, al contrario delle precedenti colture, non presentano gli svantaggi sopra menzionati e per tale motivo il bioetanolo prodotto dalla lignocellulosa viene denominato di seconda generazione. Tuttavia i metodi per produrlo risultano più complessi rispetto ai precedenti per via della difficoltà di rendere biodisponibili gli zuccheri contenuti nella lignocellulosa; per tale motivo è richiesto sia un pretrattamento che l’idrolisi enzimatica. La bagassa è un substrato ottimale per la produzione di bioetanolo di seconda generazione in quanto è disponibile in grandi quantità e ha già mostrato buone rese in etanolo se sottoposta a SSF. La bagassa tal quale è stata inizialmente essiccata all’aria e il contenuto d’acqua corretto al 60%; successivamente è stata posta a contatto per 30 minuti col catalizzatore acido SO2 (2%), al termine dei quali è stata pretrattata nel reattore STEX (10L, 200°C e 5 minuti) in 6 lotti da 1.638kg su peso umido. Lo slurry ottenuto è stato sottoposto a SSF batch (35°C e pH 5) utilizzando enzimi cellulolitici per l’idrolisi e lievito di birra ordinario (Saccharomyces cerevisiae) come consorzio microbico per la fermentazione. Un obiettivo della indagine è stato studiare il rendimento della SSF variando il medium di nutrienti, la concentrazione dei solidi (WIS 5%, 7.5%, 10%) e il carico di zuccheri. Dai risultati è emersa sia una buona attività enzimatica di depolimerizzazione della cellulosa che un elevato rendimento di fermentazione, anche per via della bassa concentrazione di inibitori prodotti nello stadio di pretrattamento come acido acetico, furfuraldeide e HMF. Tuttavia la concentrazione di etanolo raggiunta non è stata valutata sufficientemente alta per condurre a scala pilota un eventuale distillazione con bassi costi energetici. Pertanto, sono stati condotti ulteriori esperimenti SSF batch con addizione di melassa da barbabietola (Beta vulgaris), studiandone preventivamente i rendimenti attraverso fermentazioni alle stesse condizioni della SSF. I risultati ottenuti hanno suggerito che con ulteriori accorgimenti si potranno raggiungere gli obiettivi preposti. E’ stato inoltre indagato il rendimento energetico del processo di produzione di bioetanolo mediante SSF di bagassa con aggiunta di melassa in funzione delle variabili più significative. Per la modellazione si è fatto ricorso al software AspenPlus®, conducendo l’analisi di sensitività del mix energetico in uscita dall’impianto al variare del rendimento di SSF e dell’addizione di saccarosio. Dalle simulazioni è emerso che, al netto del fabbisogno entalpico di autosostentamento, l’efficienza energetica del processo varia tra 0.20 e 0.53 a seconda delle condizioni; inoltre, è stata costruita la curva dei costi energetici di distillazione per litro di etanolo prodotto in funzione delle concentrazioni di etanolo in uscita dalla fermentazione. Infine sono già stati individuati fattori su cui è possibile agire per ottenere ulteriori miglioramenti sia in laboratorio che nella modellazione di processo e, di conseguenza, produrre con alta efficienza energetica bioetanolo ad elevato potenziale di mitigazione dell’effetto serra.

Analisi di pushover 3D per strutture in c.a.

In the present study, a new pushover procedure for 3D frame structures is proposed, based on the application of a set of horizontal force and torque distributions at each floor level; in order to predict the most severe configurations of an irregular structure subjected to an earthquake, more than one pushover analysis has to be performed. The proposed method is validated by a consistent comparison of results from static pushover and dynamic simulations in terms of different response parameters, such as displacements, rotations, floor shears and floor torques. Starting from the linear analysis, the procedure is subsequently extended to the nonlinear case. The results confirm the effectiveness of the proposed procedure to predict the structural behaviour in the most severe configurations.

Simulazione numerica di fenomeni aeroelastici con applicazione alle strutture civili

Il presente lavoro tratta lo studio dei fenomeni aeroelastici di interazione fra fluido e struttura, con il fine di provare a simularli mediante l’ausilio di un codice agli elementi finiti. Nel primo capitolo sono fornite alcune nozioni di fluidodinamica, in modo da rendere chiari i passaggi teorici fondamentali che portano alle equazioni di Navier-Stokes governanti il moto dei fluidi viscosi. Inoltre è illustrato il fenomeno della formazione di vortici a valle dei corpi tozzi dovuto alla separazione dello strato limite laminare, con descrizione anche di alcuni risultati ottenuti dalle simulazioni numeriche. Nel secondo capitolo vengono presi in rassegna i principali fenomeni di interazione fra fluido e struttura, cercando di metterne in luce le fondamenta della trattazione analitica e le ipotesi sotto le quali tale trattazione è valida. Chiaramente si tratta solo di una panoramica che non entra in merito degli sviluppi della ricerca più recente ma fornisce le basi per affrontare i vari problemi di instabilità strutturale dovuti a un particolare fenomeno di interazione con il vento. Il terzo capitolo contiene una trattazione più approfondita del fenomeno di instabilità per flutter. Tra tutti i fenomeni di instabilità aeroelastica delle strutture il flutter risulta il più temibile, soprattutto per i ponti di grande luce. Per questo si è ritenuto opportuno dedicargli un capitolo, in modo da illustrare i vari procedimenti con cui si riesce a determinare analiticamente la velocità critica di flutter di un impalcato da ponte, a partire dalle funzioni sperimentali denominate derivate di flutter. Al termine del capitolo è illustrato il procedimento con cui si ricavano sperimentalmente le derivate di flutter di un impalcato da ponte. Nel quarto capitolo è presentato l’esempio di studio dell’impalcato del ponte Tsing Ma ad Hong Kong. Sono riportati i risultati analitici dei calcoli della velocità di flutter e di divergenza torsionale dell’impalcato e i risultati delle simulazioni numeriche effettuate per stimare i coefficienti aerodinamici statici e il comportamento dinamico della struttura soggetta all’azione del vento. Considerazioni e commenti sui risultati ottenuti e sui metodi di modellazione numerica adottati completano l’elaborato.

Studio di una copertura di grande luce a forma libera

L' argomento di questa tesi tratta l'analisi di una copertura reticolare a forma libera di grande luce. Partendo da una modellazione FEM della reticolare risolta al calcolatore si è cercato un metodo di analisi semplificato alternativo per l'individuazione approssimata delle sollecitazioni che nascono in seguito ai carichi. Ripercorrendo i passi sviluppati dal metodo americano per il calcolo dei solai a fungo, si individuano le sezioni portanti principali della forma strutturale, deducendo l'andamento del momento flettente dagli sforzi in corrispondenza dei correnti tesi e compressi. Sulle stesse sezioni sono stati costruiti dei modelli mono e bidimensionali semplificati che cercano di rappresentare, con diversa scala di precisione, l'andamento della sollecitazione flettente realmente presente nella struttura. Dall'analisi del momento flettente risultante dai modelli monodimensionali si individuano le modifiche effettuabili sulla geometria strutturale con lo scopo di migliorarne la risposta globale ed i parametri di progetto utili per il dimensionamento. Al termine si sono confrontati i risultati ottenuti dalle due strutture analizzate, ovvero con o senza le modifiche alla geometria, riportando alcuni parametri caratteristici del comportamento strutturale e traendo così conclusioni sulla soluzione migliore.

Approccio modellistico al processo di selezione e separazione dimensionale dei RSU ed applicazione ad un impianto TMB

Nel presente lavoro sono stati illustrati i risultati preliminari di uno studio mirato alla modellazione del processo di vagliatura di RSU. Il modello, sviluppato sulla base di ipotesi sia cinematiche che probabilistiche, è stato implementato ed applicato per la verifica dell’influenza delle condizioni operative sull’efficienza del processo di separazione. La modellazione è stata sviluppata studiando la cinematica di una particella all’interno di un vaglio rotante, prima studiando il comportamento della singola particella e poi studiando il comportamento di più particelle. Lo sviluppo di tale modello, consente di determinare l’efficienza di rimozione per le diverse frazioni merceologiche di un rifiuto, ciascuna caratterizzata da una propria distribuzione dimensionale,. La validazione è stata svolta effettuando una campagna di misurazioni utilizzando un vaglio in scala (1:10) e un vaglio di dimensioni reali . Da queste misurazioni è emerso che il modello è ben rappresentativo della realtà, in alcuni casi, si sono evidenziate delle discrepanze dal comportamento reale del rifiuto, ciò è senz’altro da attribuite alla forte eterogeneità dei materiali costituenti il rifiuto solido urbano e dall’interferenza che le une causano sulle altre. Si è appurato che, variando i parametri quali: l’angolo di inclinazione longitudinale del vaglio, la velocità di rotazione si ha un diverso comportamento del rifiuto all’interno del vaglio e quindi una variazione dell’efficienza di separazione di quest’ultimo. In particolare è stata mostrata una possibile applicazione del modello legata alla valutazione delle caratteristiche del sopravaglio nel caso questo sia destinato alla produzione di CDR. Attraverso la formula di Dulong si è calcolato il potere calorifico superiore, (sia allo stato umido che allo stato secco), ottenuto effettuando delle variazioni dei parametri citati precedentemente, calcolato sulla massa uscente dal sopravaglio e quindi quella utilizzata come combustibile per gli impianti di termovalorizzazione.( C.D.R.) Si è osservato il legame esistente tra le condizioni operative inclinazione e velocità di rotazione del tamburo ed il potere calorifico del flusso selezionato con l’obiettivo di massimizzare quest’ultimo. Dalle è prove è emerso come il fattore umidità giochi un ruolo fondamentale per l’ottimizzazione del CDR, l’umidità infatti incide negativamente sul potere calorifico del rifiuto invertendo il rapporto normalmente direttamente proporzionale tra percentuale di sopravaglio e potere calorifico, dunque a causa dell’umidità all’aumentare del flusso di sopravaglio si ha una diminuzione del potere calorifico. Lo sviluppo e la validazione di un modello teorico, ci permette di affrontare il problema della selezione e separazione dei RSU,non più solo tramite un procedimento induttivo basato unicamente sulle osservazioni, ma tramite un procedimento deduttivo grazie al quale "conoscendo l’input si prevede quale sarà l’output". Allo stato attuale la scelta e il dimensionamento delle unità di separazione dimensionale nei processi di selezione è basata unicamente su conoscenze di natura empirica L’obiettivo principale è stato dunque quello di costruire uno strumento in grado di determinare le caratteristiche dei flussi uscenti dall’unità di vagliatura, note che siano le caratteristiche del flusso in ingresso ed i parametri operativi Questo approccio permette di eseguire valutazioni oggettive circa la reale rispondenza delle caratteristiche dei flussi in uscita a standard prefissati,peraltro consente di eseguire valutazioni sulle uscite di processo rispetto alla variabilità delle caratteristiche dei rifiuti in ingresso .

Application of numerical methods to earthquake stability assessment of slopes

Questo documento descrive gran parte del lavoro svolto durante un periodo di studio di sei mesi all’International Centre for Geohazards (ICG) di Oslo. Seguendo la linea guida dettata nel titolo, sono stati affrontati diversi aspetti riguardanti la modellazione numerica dei pendii quali l’influenza delle condizioni al contorno e delle proporzioni del modello, la back-analysis di eventi di scivolamento e l’applicazione delle analisi di stabilità monodimensionali. La realizzazione di semplici modelli con il programma agli elementi finiti PLAXIS (Brinkgreve et al., 2008) ha consentito di analizzare le prestazioni dei modelli numerici riguardo all’influenza delle condizioni al contorno confrontandoli con un calcolo teorico del fattore di amplificazione. Questa serie di test ha consentito di stabilire alcune linee guida per la realizzazione di test con un buon livello di affidabilità. Alcuni case-history, in particolare quello di Las Colinas (El Salvador), sono stati modellati allo scopo di applicare e verificare i risultati ottenuti con i semplici modelli sopracitati. Inoltre sono state svolte analisi di sensitività alla dimensione della mesh e ai parametri di smorzamento e di elasticità. I risultati hanno evidenziato una forte dipendenza dei risultati dai parametri di smorzamento, rilevando l’importanza di una corretta valutazione di questa grandezza. In ultima battuta ci si è occupati dell’accuratezza e dell’applicabilità dei modelli monodimensionali. I risultati di alcuni modelli monodimensionali realizzati con il software Quiver (Kaynia, 2009) sono stati confrontati con quelli ottenuti da modelli bidimensionali. Dal confronto è risultato un buon grado di approssimazione accompagnato da un margine di sicurezza costante. Le analisi monodimensionali sono poi state utilizzate per la verifica di sensitività. I risultati di questo lavoro sono qui presentati e accompagnati da suggerimenti qualitativi e quantitativi per la realizzazione di modelli bidimensionali affidabili. Inoltre si descrive la possibilità di utilizzare modelli monodimensionali in caso d’incertezze sui parametri. Dai risultati osservati emerge la possibilità di ottenere un risparmio di tempo nella realizzazione di importanti indagini di sensitività.