Caratterizzazione a flessione di materiali compositi per impiego automotive

L’introduzione dei materiali compositi all’interno dell’ambiente industriale ha modificato l’idea di progettazione delle strutture, permettendo il raggiungimento di eccellenti prestazioni difficilmente ottenibili con materiali classici. Grazie all’uso dei compositi si sono ottenute elevata resistenza e leggerezza, caratteristiche di grande interesse nell’industria aerospaziale, delle costruzioni civili e soprattutto del settore automobilistico. Il materiale composito viene considerato oggigiorno un materiale innovativo del quale non si conoscono in modo esaustivo tutte le caratteristiche. Da questa premessa è nata la campagna sperimentale di questa tesi, il cui scopo è la definizione della sequenza di laminazione per la realizzazione della molla posteriore per la sospensione del prototipo da competizione Emilia5, del team Onda Solare. Si è ricercata la configurazione che conferisse una rigidità flessionale maggiore rispetto a quelle campionate. Si è proceduto, quindi, allo studio delle possibili sequenze di laminazione con cui realizzare la molla e sono stati creati i provini utilizzando CFRP unidirezionale, materiale caratterizzato da un’elevata resistenza lungo l’asse longitudinale. I 5 provini realizzati si differenziano principalmente per le metodologie di sovrapposizione delle lamine contigue e per i materiali utilizzati. Sui provini realizzati è stata eseguita una caratterizzazione mediante prova di flessione in tre punti, dalla quale sono stati ricavati i dati necessari alla successiva analisi delle proprietà. Infine, con i risultati ottenuti si è proceduto alla determinazione della sequenza di laminazione ottimale per la realizzazione del prototipo.

Elettrofilatura di membrane polimeriche per il Self-Healing di compositi laminati: ottimizzazione delle soluzioni e dei parametri di processo

I CFRP laminati sono materiali dalle eccellenti proprietà meccaniche specifiche che hanno, però, il grande svantaggio di essere soggetti a delaminazione. Essa è una problematica che può seriamente comprometterne l’affidabilità in vita d’uso e va, perciò, contrastata cercando di prevenirla o cercando di ridurne gli effetti negativi. Lo scopo del presente elaborato di tesi è stato quello di produrre, mediante elettrofilatura, membrane polimeriche che, integrate in laminati compositi, abbiano funzione di rendere il composito delaminato in grado di “autoripararsi” tramite meccanismo di self-healing. È stato condotto uno studio di ottimizzazione di tutti i parametri riguardanti la soluzione ed il processo di elettrofilatura che conducesse all’ottenimento di membrane con una morfologia fibrosa esente da difetti e, contemporaneamente, ad una buona maneggiabilità delle stesse. Le membrane sono state caratterizzate morfologicamente tramite analisi SEM e analisi DSC.

Strategie alimentari urbane e il ruolo del dietista: come promuovere una dieta sostenibile?

Posto che le attuali scelte di produzione e consumo legate alle diete a livello globale hanno evidenziato numerosi impatti ambientali negativi, l’obiettivo di questa tesi è, dopo aver illustrato quali sono le strategie nate e che stanno nascendo a livello di governance globale, internazionale, nazionale e locale per contrastare il problema, analizzare il possibile ruolo della figura del dietista nelle politiche e nelle strategie alimentari urbane.

Effetto dell'emilaminectomia sul rachide lombare: un'analisi biomeccanica in vitro

La stenosi spinale lombare (LSS) è un processo degenerativo frequente nell’attuale popolazione anziana e può essere considerata come la causa principale di chirurgia spinale nei pazienti di età superiore ai sessantacinque anni. Comporta un restringimento del forame vertebrale, che, nei casi più gravi, causa una compressione del midollo spinale e degli elementi neurali e vascolari situati nel tratto lombo-sacrale. Uno dei trattamenti chirurgici di decompressione utilizzato è l’emilaminectomia, che, prevedendo la resezione della lamina di un solo lato della vertebra e di parte del legamento giallo, può portare a una riduzione della stabilità spinale. L’obiettivo di questo studio in vitro è quello di analizzare l’impatto dell’emilaminectomia sulla biomeccanica del rachide. Sei provini, estratti da rachide umano e costituiti da quattro vertebre lombari e una sacrale (L2-S1), sono stati testati meccanicamente in flessione, estensione e flessione laterale sinistra e destra in due condizioni di prova: intatti e post emilaminectomia. La stabilità spinale è stata valutata calcolando il Range of Motion tra le vertebre L2 e S1 agli estremi dei provini. Mediante l’algoritmo di Digital Image Correlation (DIC), sono state estratte e valutate le distribuzioni delle deformazioni dell’intero provino, valutando, in particolare, le deformazioni principali massime e minime sulla superficie del disco intervertebrale L4-L5. I risultati hanno mostrato che l’emilaminectomia ha causato una diminuzione significativa della stabilità spinale solo in flessione, con un aumento del Range of Motion del 54%. L’emilaminectomia non ha causato variazioni nelle distribuzioni delle deformazioni in ogni configurazione di carico. Le deformazioni principali minime sul disco intervertebrale L4-L5, tra le due vertebre in cui è stata eseguita l’emilaminectomia, sono aumentate, in modo statisticamente significativo, del 38% nella flessione nel lato in cui è stato svolto l’intervento di emilaminectomia.

Tecnologie e workflow per la digitalizzazione e la visualizzazione immersiva e real time del prodotto tessile

Il settore del mobile è frammentato, caratteristica che non ha mai permesso una completa digitalizzazione dei suoi comparti: la comunicazione è risultata spesso difficoltosa, responsabile di incomprensioni e spesso mancanza di puntualità, con conseguente dispendio di risorse. Nel mio progetto di tesi analizzo principalmente la filiera degli imbottiti e quella tessile, collaterale ad essa. Il target di mio interesse sono le aziende produttrici di arredi che si servono di configuratori per la presentazione dei prodotti ai propri clienti. Ho ipotizzato un workflow suddivisibile in due fasi, una attuabile nel presente ed una seconda che implica una variazione attuabile nel futuro prossimo. Per la prima fase ho studiato un workflow agile al fine di digitalizzare le texture a partire da acquisizioni fotografiche. Analizzando il comportamento di vari tessuti ed elaborando un metodo di riproduzione digitale, ho sperimentato una metodologia per una resa superficiale degli imbottiti accurata e fotorealistica sia su piattaforme web che in realtà aumentata. Lo studio nasce dall’esigenza di apportare migliorie agli attuali configuratori e renderli effettivamente utili al fine per cui sono stati pensati: garantire una semplificazione del processo di acquisto rispondendo alle necessità degli utenti di vedere in anteprima l’aspetto finale del proprio arredo, collocato nello spazio abitativo. Il configuratore che ne deriva, restituirà una visualizzazione fedele dei tessuti anche in realtà aumentata. L’intelligenza artificiale fungerà da supporto nel processo decisionale dell’utente e la scelta dei materiali che compongono l’arredo sarà guidata in maniera tale da generare nell’utente un senso di consapevolezza circa gli impatti sull’ambiente. Per la seconda fase propongo una modalità di creazione dei tessuti completamente digitalizzata, a favore di una filiera sostenibile che riesce in questo modo ad abbattere costi e sprechi, con conseguente risparmio di risorse.

Effetto della sabbiatura sul comportamento a fatica della lega AlSi10Mg prodotta con Laser Powder Bed Fusion e trattata termicamente

La tesi in oggetto ha lo scopo di determinare l’effetto della sabbiatura sul comportamento a fatica della lega AlSi10Mg prodotta mediante Laser Powder Bed Fusion e trattata termicamente. I parametri di processo e di trattamento termico (T5 e T6) sono stati precedentemente ottimizzati. Al fine di determinare l’effetto della sabbiatura su topografia superficiale e microstruttura dei campioni, si sono condotte molteplici analisi avvalendosi di strumenti quali profilometria, microscopia ottica ed in scansione, analisi di tensioni residue con diffrazione a raggi X e prove di durezza. Attraverso prove di fatica per flessione rotante, eseguite secondo il metodo Stair-Case per la determinazione della resistenza a fatica, e successiva caratterizzazione delle superfici di frattura si vuole correlare il difetto killer, ossia quello responsabile del cedimento per fatica, alle caratteristiche morfologiche e microstrutturali. Il difetto killer viene caratterizzato in termini di dimensione e distanza dalla superficie e per mostrare la relazione fra la dimensione del difetto killer e la resistenza a fatica si adotta il diagramma di Kitagawa-Takahashi con modellazione di Murakami ed EL Haddad. Si è evidenziato che tutti i difetti killer sono riconducibili a lack-of-fusion con dimensione superiore ai 100 μm ad una profondità compresa fra i 150 e i 200 μm, indipendentemente dal trattamento termico o meccanico applicato. In termini di fatica si osserva che il trattamento T6 conferisce al materiale migliori proprietà rispetto a quello T5. Il processo di sabbiatura, confrontato con quello di lucidatura superficiale, ha portato a miglioramenti in termini di durezza e tensioni residue di compressione, ma si è rivelato quasi ininfluente sulla resistenza a fatica. Sulla base di quanto sopra, si conferma la possibilità di applicazione della sabbiatura in ambito industriale a componenti meccanici, anche in sostituzione della lucidatura, ottenendo un beneficio anche economico.

Analisi e monitoraggio di indicatori idrologici e meteorologici per il preannuncio e la gestione delle emergenze idriche

Una importante problematica di risonanza mondiale è lo sviluppo di fenomeni sempre più frequenti di siccità e di scarsità idrica. Il presente elaborato intende illustrare come tale difficoltà stia colpendo il pianeta, con un focus sull’Italia e poi sull’Emilia-Romagna. Le cause scatenanti sono riconducibili all’aumento della popolazione, al depauperamento dei corpi idrici, ma soprattutto agli impatti del cambiamento climatico: incremento delle temperature, calo delle precipitazioni e quindi riduzione della ricarica delle fonti di approvvigionamento. Queste devono soddisfare un’intensa domanda da parte delle attività antropiche nonostante il loro stato sia sempre più preoccupante. In questo scenario è indispensabile adottare nuovi metodi per la gestione sostenibile delle riserve idriche, e il monitoraggio si rivela uno strumento utile in quanto fornisce informazioni dettagliate e aggiornate sullo stato quantitativo delle fonti. In particolare, il presente elaborato si focalizza sul progetto Resilient Dashboard, ideato in ambito regionale dalla collaborazione di più strutture operative di Hera S.p.A. Si tratta di uno strumento per l’analisi e il preannuncio di crisi idriche, basato sul monitoraggio di indicatori idrologici e meteorologici. Questo può essere di supporto per i gestori delle risorse, i quali possono individuare e poi intervenire sulle zone in cui si verifica maggiore criticità. Vengono dunque esaminati i processi che sono risultati necessari alla definizione del progetto, a partire dalla selezione degli elementi di interesse e dalla predisposizione delle elaborazioni da compiere su ciascuna tipologia di dato, fino allo sviluppo del criterio di assegnazione dei colori alle fonti e alle aree, per la segnalazione degli allarmi. Il progetto è ancora in corso di realizzazione, ma il suo obiettivo finale consiste nel produrre una piattaforma digitale di facile utilizzo che fornisca informazioni sullo stato delle fonti, in relazione alla domanda di risorsa.

Studio e validazione sperimentale di componenti in materiale composito avanzato ottenuto da materiale di riciclo

I materiali compositi a matrice polimerica rinforzati con fibra di carbonio (CFRP) si stanno sviluppando in maniera esponenziale negli ultimi anni, con una crescita del 20 – 25% annua, tanto che si prevede una domanda di circa 194.000 tonnellate entro il 2022 per cui è evidente che negli anni a venire dovranno essere smaltiti diversi rifiuti realizzati con tale materiale. Lo stato attuale relativo al riciclo dei CFRP prevede, per la maggior parte di essi, di essere conferiti in discarica o inviati all’inceneritore per ottenere un recupero energetico grazie alla presenza della matrice a base polimerica ma questo non consente il recupero della fibra per cui non è una tecnica che sfrutta l’alto valore del rifiuto. È proprio per questo motivo che si stanno sviluppando diverse metodologie di riciclo dei materiali compositi fibro – rinforzati nell’ottica dell’economia circolare, in particolare, si distinguono in riciclo meccanico, termico e chimico in base ai principi che stanno alla base degli stessi. Si precisa che su scala commerciale è stato realizzato solamente il riciclo termico tramite pirolisi mentre per tutte le altre tecniche si è ancora in fase di sperimentazione e di ricerca in laboratorio. L’obiettivo dell’elaborato di tesi è quello di valutare e approfondire il riciclo dei materiali compositi in fibra di carbonio in modo tale da studiare e validare sperimentalmente due componenti realizzati in materiale composito rinforzato con fibra di carbonio riciclata per poterli confrontare con i medesimi componenti realizzati in fibra nuova così da trarre delle conclusioni in merito alle proprietà meccaniche di rigidezza e resistenza ottenibili. Il lavoro di tesi è stato svolto all’interno dell’azienda Bucci Composites S.p.A. con sede a Faenza, la quale si occupa di progettazione e realizzazione di diversi componenti in materiale composito avanzato per diverse aziende clienti provenienti dai settori automotive, aerospaziale, nautico e industriale più in generale.

Analisi sulla sostenibilità e sicurezza di combustibili innovativi

Al fine di mitigare gli impatti ambientali legati alla produzione energetica, lo sviluppo di tecnologie per l’utilizzo di carburanti carbon-free risulta essere essenziale. Si confida che la sostituzione di combustibili convenzionali con sorgenti di energia rinnovabili e bio-combustibili possa ridurre le emissioni di gas serra. Tuttavia, l’intermittenza della maggior parte delle sorgenti di energia rinnovabile comporta problemi di stoccaggio dell’energia. Pertanto, risulta necessaria l’introduzione di opportuni vettori energetici quali l’idrogeno. Nonostante l’elevata reattività dell’idrogeno, gli elevati costi per raggiungere standard di sicurezza opportuni nella fase di trasporto e stoccaggio limitano il suo uso estensivo. Per tale motivo, sono state vagliate sostanze alternative, quali l’ammoniaca, caratterizzate da processi produttivi collaudati oltreché di facile stoccaggio e trasporto. Considerando i processi produttivi di entrambe le sostanze, la possibile presenza di metano ha suggerito lo studio di miscele ternarie costituite da metano, idrogeno e ammoniaca. Sulla base di queste premesse, il presente lavoro di tesi è stato incentrato sull’analisi cinetica e sulla valutazione dei principali parametri di sicurezza di alcune miscele gassose in presenza di aria e aria arricchita. Tale analisi ha permesso una valutazione preliminare della sostenibilità delle miscele ternarie in esame al variare delle condizioni operative. Infatti, sono state quantificate le prestazioni ambientali e gli standard di sicurezza al fine di confrontare la sostenibilità e la convenienza delle alternative di processo.

Applicazione della norma UNI EN ISO 14001 nell’ambito delle attività di bonifica del suolo: un caso di studio

Il dibattito sulla questione ambientale, ormai in continua crescita da decenni, sta conducendo ad un incremento di interesse da parte della società in merito allo sviluppo sostenibile, il quale riguarda, in modo interconnesso, l’ambito ambientale, economico e sociale. Nascono in questa ottica le certificazioni ambientali, attestati nei quali viene certificato l’impegno di un’organizzazione per la tutela dell’ambiente. L’azienda, che su base volontaria decide di ottenere la certificazione, è obbligata a dotarsi di un Sistema di Gestione Ambientale, il quale deve essere verificato da parte di un ente accreditato. La norma ISO14001 in particolare stabilisce i criteri da rispettare per l'attuazione di un efficace Sistema di Gestione Ambientale. Il presente lavoro di tesi è stato sviluppato durante un tirocinio svolto presso un’azienda operante nel settore delle bonifiche del suolo, sottosuolo ed acque sotterranee, con sede a Bologna. Lo scopo di questo elaborato è quello di applicare i requisiti della norma UNI EN ISO14001 nell’ambito di tale attività di bonifica per il controllo degli impatti ambientali. In particolare, la prima parte del tirocinio è stata dedicata all’aggiornamento ed all’ottimizzazione del Sistema di Gestione Ambientale implementato dalla società per il calcolo degli impatti ambientali delle attività aziendali, in particolare di caratterizzazione e bonifica ambientale. Successivamente l’attenzione è stata posta ad un caso di studio attualmente gestito dalla società per valutare possibili miglioramenti, dal punto di vista ambientale, degli impatti generati dalle attività di bonifica applicate al sito. Lo strumento utilizzato per questa analisi è l’applicativo “Spreadsheets for Environmental Footprint Analysis” (SEFA), sviluppato da US EPA nel 2012.

Sviluppo ed applicazione di un algoritmo per la pallettizzazione e la saturazione del mezzo di trasporto: il caso Gruppo Montenegro S.r.l. - Food Division

L’elaborato di tesi è frutto di un percorso di tirocinio svolto in Gruppo Montenegro S.r.l., il cui obiettivo risiede nello sviluppo di un algoritmo per la pallettizzazione e la saturazione del mezzo di trasporto per la Divisione Food. Nello specifico viene proposto un algoritmo euristico elaborato nel linguaggio di programmazione Python. La divisione Food è costituita da tre categorie: Cannamela, Cuore e Vitalia.Queste comprendono prodotti molto eterogenei. Attraverso il coinvolgimento delle funzioni aziendali di Packaging e Qualità, sono stati stabiliti i vincoli da rispettare per la pallettizzazione dei prodotti. L’algoritmo proposto viene descritto suddividendo il processo in tre macro-step. La prima parte affronta il problema del 3D Bin Packing Problem, utilizzando e modificando un programma già presente in letteratura per soddisfare le esigenze della categoria Cannamela. Quest’ultima a differenza delle altre categorie, viene allestita in groupage preallestito poiché gli ordini Cannamela possono contenere quantità non-multiple rispetto alle quantità contenute nell’imballo secondario. La seconda parte dell’algoritmo si occupa della creazione dei pallet per le categorie Cuore e Vitalia. Attraverso l’utilizzo dell’algoritmo di clustering K-means sono state create famiglie di codici che permettessero l’allestimento di pallet con prodotti considerati simili. Di conseguenza, l’algoritmo per la pallettizzazione delle due categorie viene sviluppato ex-novo basandosi sulla percentuale di occupazione del prodotto nel pallet. L’ultima parte dell’algoritmo studia la possibilità di sovrapporre i pallet precedentemente creati. Infine, viene effettuata un’analisi di un periodo strategico confrontando i risultatidell’algoritmo Python con quelli dell’algoritmo presente nel gestionale aziendale. I risultati vengono poi analizzati in relazione a due impatti importanti per l’azienda:economici e ambientali.