Studio del decadimento delle proprietà meccaniche di compositi CFRP sottoposti a invecchiamento termico

I componenti del carbonio in ambito strutturale (aeronautico, navale, automobilistico) sono soggetti a deterioramenti ambientali di difficile determinazione, in particolare alla temperatura e all'umidità. Scopo di questa tesi è determinare i danneggiamenti dei materiali compositi CFRP in funzione di un invecchiamento a diverse percentuali della temperatura di transizione vetrosa Tg. In particolare si vuole studiare e approfondire il processo di reazione della matrice e del carbonio. Per meglio descrivere il procedimento di deterioramento e reazione del materiale composito dovuto ad alti livelli di temperatura, mi sono avvalso del supporto pratico dell’azienda “Riba Composites” di Faenza che in particolare si occupa della prototipazione e produzione di componenti strutturali in materiali compositi avanzati e che si è dimostrata leader nel settore dei compositi CFRP. Pochi studi sono stati condotti su tale argomento. Da qui il mio interesse specifico nel volere studiare e dimostrare come questo processo possa ulteriormente apportare un aiuto agli studi in ambito strutturale già effettuati e pubblicati precedentemente. La dimostrazione pratica della seguente tesi è avvenuta, con l’aiuto dell’Ing. Paolo Proli, nel laboratorio di MaSTeR Lab dell’Università di Bologna, dove si è deciso di eseguire vari invecchiamenti termici a diverse temperature per constatare i livelli di deterioramento e influenza delle variazioni di temperatura sulla matrice del composito preso in analisi. Gli effetti di tale studi sono stati sostenuti anche grazie alla guida del Professore Lorenzo Donati, e verranno dettagliatamente evidenziati nello specifico con spiegazioni in ambito teorico e dimostrazioni pratiche affiancate da schemi dimostrativi e supporto grafico.

Tenacizzazione di laminati compositi mediante l'utilizzo di nanofibre in PVDF

Analisi riguardante la tenacizzazione della matrice di laminati compositi. Lo scopo è quello di aumentare la resistenza alla frattura di modo I e, a tal proposito, sono stati modificati gli interstrati di alcuni provini tramite l’introduzione di strati, di diverso spessore, di nanofibre in polivinilidenfluoruro (PVDF). La valutazione di tale metodo di rinforzo è stata eseguita servendosi di dati ottenuti tramite prove sperimentali svolte in laboratorio direttamente dal sottoscritto, che si è occupato dell’elaborazione dei dati servendosi di tecniche e algoritmi di recente ideazione. La necessità primaria per cui si cerca di rinforzare la matrice risiede nel problema più sentito dei laminati compositi in opera da molto tempo: la delaminazione. Oltre a verificare le proprietà meccaniche dei provini modificati sottoponendoli a test DCB, si è utilizzata una tecnica basata sulle emissioni acustiche per comprendere più approfonditamente l’inizio della delaminazione e i meccanismi di rottura che si verificano durante le prove. Quest’ultimi sono illustrati servendosi di un algoritmo di clustering, detto Fuzzy C-means, tramite il quale è stato possibile identificare ogni segnale come appartenente o meno ad un determinato modo di rottura. I risultati mostrano che il PVDF, applicato nelle modalità esposte, è in grado di aumentare la resistenza alla frattura di modo I divenendo contemporaneamente causa di un diverso modo di propagazione della frattura. Infine l’elaborato presenta alcune micrografie delle superfici di rottura, le quali appoggiano i risultati ottenuti nelle precedenti fasi di analisi.

Effetto di impatti sul comportamento crashworthiness di materiali compositi

Attività sperimentale riguardante lo studio dei materiali compositi, nell’ambito della progettazione a crashworthiness, svolto, tramite test dei provini realizzati nell’attività di tirocinio, presso i laboratori didattici della Scuola di ingegneria e architettura, sede di Forlì. Il lavoro di tesi, si è basato sulla valutazione dell’energia assorbita dai provini in materiale composito, tramite prove quasi-statiche; per questo tipo di prove sono stati utilizzati provini autostabilizzanti, rinforzati in fibra di carbonio e matrice in resina epossidica. Prima di procedere alla sperimentazione, sono stati studiati i risultati ottenuti da precedenti sperimentazioni eseguite da colleghi, per valutare quale fosse la configurazione migliore di provino, in termini di geometria, e trigger, che garantisse elevate energie di assorbimento. Dopo una panoramica dei materiali compositi, con riferimento alle caratteristiche e proprietà, alle diverse tipologie che si possono avere in ambito industriale, è spiegato il concetto di crashworthiness, le varie tipologie di test di impatto e le varie tipologie di rottura alla quale può essere soggetto un provino. Si è di seguito descritto come è stata valutata la scelta del tipo di geometria e del trigger, che sarebbero stati utilizzati per la progettazione del provino, e si è accennato al processo di laminazione svolta presso i laboratori della Scuola per la fabbricazione del provino. Al termine della descrizione dei tester usati per la sperimentazione sono, infine, illustrati i risultati delle prove svolte, con successivi commenti.

Ottimizzazione del processo di produzione di protesi biomimetiche per cranioplastica

Le protesi biomimetiche hanno subito negli anni innumerevoli cambiamenti dovuti al miglioramento tecnologico, che ha portato allo sviluppo di nuovi materiali sempre più biomimetici. L’utilizzo di protesi in idrossiapatite personalizzate rappresenta la scelta migliore per gli interventi di cranioplastica ricostruttiva. Ad oggi la produzione di questo dispositivo richiede lunghe fasi di lavorazione. Risulta pertanto di grande interesse trovare soluzioni innovative che permettano l’ottimizzazione dei tempi garantendo al contempo l’efficacia clinica. L’obiettivo di questo elaborato è introdurre l’utilizzo delle microonde per essiccare il semilavorato nelle fasi iniziali di produzione. Bisogna comprendere quali siano i parametri in grado di influenzare le proprietà finali del dispositivo e come modularli per guidare questi attributi verso il punto di ottimo. Si è deciso di utilizzare la tecnica del Design of Experiments a fattoriale completo come metodo per ottimizzare il processo produttivo. I fattori scelti sono stati la potenza del forno a microonde, il peso della cellulosa secca, il range di peso della matrice di cellulosa e la percentuale di essiccamento del semilavorato. Al termine dello studio è stato possibile capire come e quanto questi fattori abbiano influenzato la severità dei difetti, la porosità e le proprietà meccaniche (tensione ultima di compressione e lavoro a rottura) del prodotto finito. Lo studio ha mostrato che per garantire un basso numero di difetti associato ad una porosità in linea con le specifiche di prodotto è indicato impostare la potenza del forno a microonde sul valore di 250W e di utilizzare questo processo nella fase iniziale per essiccare al 20% i semilavorati. La conferma è stata fornita da una sperimentazione eseguita su protesi allineate ad un caso clinico reale utilizzando questo nuovo processo permettendo di ottenere un ottimo risultato in termini di qualità del prodotto finito con una bassa percentuale di scarto per difetti e porosità.

Valutazione numerica del comportamento di materiali compositi sottoposti ad impatti "near edge"

Simulazione numerica con software Abaqus di impatti a bassa energia su laminati di fibra di carbonio con matrice epossidica per la previsione della formazione di delaminazioni interne. Confronto tra impatti centrali al provino e in prossimità del bordo.

Studio di membrane nanofibrose ottenute da elettrofilatura di poliarammidi per il rinforzo di materiali compositi

Uno tra i principali problemi dei compositi è il fenomeno della delaminazione. In questo lavoro di tesi sono state prodotte membrane nanofibrose ottenute mediante elettrofilatura di poliarammidi, da impiegare come rinforzo per contrastare tale fenomeno. Sono state quindi preparate soluzioni di Nomex con differenti combinazioni di concentrazione e solvente da sottoporre ad elettrofilatura, e sono stati ricercati i parametri di processo ottimali. La qualità delle nanofibre è stata valutata attraverso analisi SEM e successivamente sono state determinate le proprietà termo-meccaniche delle membrane migliori. Le stesse sono state impiegate per la produzione di compositi in fibra di carbonio a matrice epossidica e l’effetto sulla delaminazione è stato valutato tramite test preliminari ILSS e DCB. Inoltre, è stato valutato al cono-calorimetro il comportamento alla fiamma del composito nano-rinforzato. Sono state anche tentate prove preliminari di elettrofilatura di soluzioni di Kevlar.

Incapsulamento di complessi organometallici e lantanoidei con silice e sviluppo come traccianti di supporti ceramici

Lo scopo di questo lavoro di tesi sperimentale consiste nell’ideazione e nell’ottimizzazione di nuove forme d’ingegnerizzazione di sistemi nano e micrometrici di silice (SiO2) in cui sono stati incorporati complessi di metalli di transizione e lantanoidei. Lo studio è scaturito dalla prospettiva di poter trasferire le caratteristiche di luminescenza dei complessi dalla scala molecolare di sintesi a quella macroscopica, attraverso l’utilizzo di una opportuna matrice veicolante. Dopo una intensa sessione di lavoro dedicata all’ottimizzazione della sintesi e delle caratteristiche di stabilità e resistenza dei sistemi, dalla fase sol fino ai micronizzati, si è sviluppata una possibile applicazione industriale come substrato tessile dotato di funzioni eventualmente antibatteriche. This experimental work is aimed at exploiting and optimizing new and convenient ways to incorporate organometallic and lanthanoid complexes into silica-based colloid matrices. Following a similar approach, the luminescent properties of both organometallic and lanthanoid complexes could be kept unaltered on passing from the molecular to nanometric scale (sol), ending up to micrometer sized systems (micro-powders). The subsequent optimization of the processes led to systems that were loaded onto the surface of fabric, which were successively studied for their light-induced antimicrobial abilities.

Il metodo delle potenze per il problema agli autovalori generalizzato

Gli autovalori giocano un ruolo fondamentale in moltissimi fenomeni fisici. La localizzazione degli autovalori di una certa matrice nel piano complesso, ad esempio, è fondamentale nello studio della stabilità degli aerei. Le frequenze delle vibrazioni dei fasci sono sostanzialmente gli autovalori di una matrice di dimensione infinita. Questo rende il calcolo degli autovalori un problema notevolmente importante. Tra i metodi iterativi noti per l'approssimazione degli autovalori vi è il metodo delle potenze, utilizzato per il calcolo dell'autovalore dominante (autovalore di modulo massimo) di una matrice data e del relativo autovettore associato. Affinchè l'algoritmo converga è necessario che ci sia un autovalore dominante e, in particolare, più l'autovalore dominante è staccato dal resto dello spettro, maggiore sarà la sua velocità di convergenza. Il metodo delle potenze e le sue varianti (metodo delle potenze inverse e metodo delle potenze inverse shiftate) sono molto usati nelle applicazioni, in cui spesso non si è interessati ad approssimare tutti gli autovalori dello spettro, ma solo alcuni. Le equazioni del moto in dinamica strutturale, problemi di ingegneria strutturale e problemi relativi all'informatica (come l'algoritmo di PageRank di Google) sono solo alcuni esempi di applicazioni possibili di tale metodo.

Il metodo delle potenze per il pageranking

Quando si fa una ricerca su Internet con i motori di ricerca, tipo Google, lo scopo è quello di trovare tutte le pagine Web contenenti le parole richieste. Ancor di più, si vorrebbe avere la miglior risposta alla nostra richiesta tra le prime pagine lette, senza dover passare in rassegna tutte le migliaia di pagine che il motore di ricerca propone. Quello che riceviamo come risposta dal motore di ricerca, è infatti una lista lunghissima di pagine Web, contenenti le parole chiave e ordinate in base all’importanza. Nelle prime posizioni della lista troveremo le pagine più significative, mentre in fondo ci saranno quelle di meno rilevanza. In questa tesi affronteremo, appunto, il problema di classificazione, il quale non è basato su un giudizio umano, ma sulla struttura dei link del Web. Studieremo, per l’esattezza, il concetto di pagerank usato da Google e di conseguenza l’algoritmo, chiamato proprio PageRank, per classificare le pagine Web. Vedremo che il tutto si basa su un’equazione matematica, ossia sul calcolo dell’autovettore, relativo all’autovalore uguale a 1, di una certa matrice che rappresenta la rete Internet.

Studio e stabilizzazione di insalate di IV gamma

Negli ultimi 50 anni il mercato alimentare è stato caratterizzato da profondi cambiamenti influenzati soprattutto da evoluzioni sociali e da notevoli mutamenti delle abitudini alimentari (Riquelme et al., 1994). La costante diffusione dei grandi supermarket ed il recente interesse verso la salute e l’ambiente, nonché la modifica dello stile di vita da parte del consumatore, hanno portato le industrie alimentari a sviluppare nuovi metodi di conservazione e di distribuzione e tipologie di prodotti innovative, come i prodotti ortofrutticoli minimamente trasformati. La perdita di qualità dei prodotti ortofrutticoli minimamente trasformati è il risultato di complessi meccanismi chimici e biochimici che si traducono macroscopicamente in modificazioni a carico del colore, delle texture e delle caratteristiche organolettiche (Mencarelli & Massantini, 1994). A fronte dei suddetti fenomeni degradativi, in un contesto di incrementale aumento della domanda dei prodotti freschi, sani, ad elevata convenience e senza additivi chimici (Day, 2002) l’introduzione delle atmosfere protettive per la conservazione degli alimenti è risultata strategica per prolungare la shelf-life ed il mantenimento qualitativo dei prodotti freschi (Jeyas & Jeyamkondan, 2002). Le attuali tecnologie disponibili per le industrie alimentari permettono l’applicazione di condizioni di atmosfera modificata sia in fase di stoccaggio di prodotti ortofrutticoli sia in fase di condizionamento. Il primo obiettivo è generalmente la parziale rimozione dell’O2 e l’aumento dei livelli di CO2 nell’ambiente circostante il prodotto. Oltre ai gas usati tradizionalmente per la realizzazione delle atmosfere modificate, quali N2 e CO2, recentemente è aumentato l’interesse verso i potenziali effetti benefici di nuovi gas, quali argon (Ar) e protossido d’azoto (N2O). Questi ultimi, ora permessi in Europa per uso alimentare, sono risultati efficaci nell’inibizione della crescita microbica e delle reazioni enzimatiche degradative, a carico soprattutto del colore e della consistenza dei vegetali minimamente processati (Spencer, 1995; Kader et al., 1989; Watada et al., 1996). Premesso questo, in tale lavoro di tesi è stata effettuata una ricerca sugli effetti di N2, N2O e Ar e di differenti trattamenti ad immersione, noti come dipping (con acido ascorbico, acido citrico e cloruro di calcio), sul metabolismo di prodotti ortofrutticoli. In particolare, per ciò che concerne la parte sperimentale, gli obiettivi principali sono stati quelli di approfondire le potenzialità di tali gas e dipping nel mantenimento qualitativo (colore, consistenza, metabolismo respiratorio) e di verificare l’efficacia di interventi combinati di dipping e MAP (atmosfera modificata) nel prolungamento della shelf-life del prodotto. Questa sperimentazione è stata effettuata su due varietà di lattuga: una da cespo (Iceberg) e una da taglio (Lattughino).

Utilizzo di antimicrobici naturali per il miglioramento della shelf-life di prodotti di iv gamma a base mela

La mia sperimentazione si inserisce in un progetto di respiro nazionale- “AGER-STAY FRESH”- volto a trovare soluzioni di lavaggio alternative al cloro per il prolungamento della shelf-life delle produzioni di IV gamma. Questi prodotti rappresentano, attualmente, uno dei più promettenti ed innovativi comparti del settore ortofrutticolo e sono definiti, secondo le norme della Comunità Europea, prodotti minimamente trasformati, cioè soggetti a interventi tecnologici ridotti, ed utilizzabili per il consumo diretto senza ulteriori manipolazioni, o con manipolazioni minime. La loro espansione sul mercato deriva dal fatto che sono in grado di offrire alta convenienza, alto valore nutrizionale ed organolettico e sono concepiti dai consumatori come prodotti “genuini” in quanto a base vegetale e, generalmente, non contengono sostanze antimicrobiche. Tuttavia, le materie prime vegetali utilizzate per le produzioni di IV gamma sono spesso caratterizzate da elevate contaminazioni microbiche (4-6 log UFC/g) poiché, durante la crescita o il post-raccolta, frutti o vegetali vengono a contatto con il suolo, insetti o contaminazioni di origine umana.Al momento la shelf-life e la sicurezza d’uso di questa categoria di prodotti sono basate principalmente sul mantenimento della catena del freddo unitamente alla fase di lavaggio delle materie prime con sostanze clorate. Recentemente, però, alcuni autori hanno evidenziato alcuni svantaggi derivanti da questa fase di processo come la formazione di composti clorati cancerogeni. In questa prospettiva, il principale obiettivo di questo lavoro di tesi è stato quello di valutare gli effetti di olio essenziale di cedro e alcuni composti bioattivi degli oli essenziali (citrale, esanale, trans-2-esenale e carvacrolo), utilizzati singolarmente o in combinazione, sulla shelf-life di mele affettate di IV gamma. Su tutti i prodotti sono state eseguite analisi microbiologiche, di texture e colore. Un ulteriore obiettivo di questo lavoro sperimentale è stato quello di ottimizzare alcuni parametri di processo come la riduzione del rapporto acqua di lavaggio/prodotto ed incrementare la temperatura dell’acqua utilizzata al fine di meglio solubilizzare gli antimicrobici in fase di dipping.