Late Transition Metal-Oxo complexes: Synthesis, and Biorelevant Reactivity

High-valent terminal metal-oxygen adducts are supposed to be potent oxidising intermediates in enzymatic catalyses. In contrast to those from groups 6-8, oxidants that contain late transition metals (Co, Ni, Cu) are poorly understood. Because of their high reactivity, only a few examples of these compounds have been observed. The aim of this project was to investigate the reactivity of high-valent Ni(III) complexes, containing a monodentate oxygen-donor ligands, in hydrogen atom abstraction (HAA) and oxygen atom transfer (OAT) reactions which are typical of biological high-valent metal-oxygen species. Particularly, the Ni(III) complexes were generated in situ, at low temperature, from the oxidation of the Ni(II) species.The nickel complexes studied during this work were supported by tridentate ligands, with a strong σ-donating ability and exceedingly resistant to several common degradation pathways. These complexes vary based on the monodentate group in the fourth coordination position site, which can be neutral or anionic. In particular, we prepared four different Ni(III) complexes [NiIII(pyN2Me2)(OCO2H)] (12), [NiIII(pyN2Me2)(ONO2)] (14), [NiIII(pyN2Me2)(OC(O)CH3)] (18) and [NiIII(pyN2Me2)(OC(O)H)] (25). They feature a bicarbonate (-OCO2H), nitrate (-ONO2), acetate (-OC(O)CH3) and formate (-OC(O)H) group, respectively.HAA and OAT reactions were performed by adding 2,6-di-tert-butylphenol (2,6-DTBP) at -40°C, and triphenylphosphine (PPh3) at -80°C, to the in situ generated Ni(III) complexes, respectively. These reactions were carried out by adding 7 to 500 equivalents of substrate, in order to ensure pseudo-first order conditions. Since, the reactivity of the Ni(III) complex featured by the bicarbonate group has been studied in a previous work, we only investigated that of the species bearing the nitrate, acetate and formate ligand. Finally we compared the value of the reaction rate of all the four species in the HAA and OAT reactions.

Palazzo Italia Expo: soluzioni costruttive innovative poste al vaglio di un'analisi critica

A partire da un’analisi complessiva della struttura di Palazzo Italia Expo, è stata approfondita nel dettaglio la realizzazione del rivestimento. Sono emerse soluzioni costruttive fortemente innovative, dettate da necessità architettoniche ben precise: si è cercato di conciliare il concept della foresta urbana con le esigenze funzionali che il palazzo doveva soddisfare. Nella scelta del materiale da rivestimento si è optato per un “cemento biodinamico” brevettato per l’occasione da ItalCementi, e studiato anch’esso con obiettivi ben definiti: ricercare una brillantezza e purezza del colore durevole nel tempo, e avvicinarsi sempre più all’esigenza di sostenibilità ambientale delle strutture. Si è cercato di analizzare l'effettiva capacità di questo cemento di soddisfare i requisiti prefissati nel corso tempo, anche attraverso un'analisi comparativa con il cemento utilizzato nella chiesa Dives in Misericordia a Roma di Richard Meier.

Sistemi di protezione per i guasti verso terra

Con questa tesi di laurea si vogliono analizzare le possibili cause e motivazioni e le molteplici soluzioni di fenomeni presenti sia in ambito domestico sia in ambito industriale e riguardanti i sistemi di protezione per i guasti verso terra. Le problematiche analizzate, come si vedrà, sono sempre più tematiche di attualità e questo a causa del sempre maggiore utilizzo di elettronica di potenza, convertitori, inverter, computer e controlli elettronici in generale. Se da un lato questi carichi sono sempre più sensibili ad interruzioni o anomalie nella tensione ai loro capi, d’altro canto spesso essi stessi sono tra i colpevoli delle anomalie stesse. In un primo momento si vedrà un fenomeno molto comune e conosciuto che è lo scatto intempestivo del differenziale che può causare danni di una certa entità. In una seconda parte saranno poi analizzate altre problematicità legate all’interruttore differenziale ed ai sistemi di terra, in particolare per quanto riguarda il loro funzionamento nel caso di correnti di guasto non perfettamente sinusoidali o totalmente non sinusoidali. La non sinusoidalità, originata prevalentemente dai carichi non lineari, oltre a dare le problematiche ben conosciute sia a livello di rete sia a livello dei carichi collegati (aumenti delle perdite, malfunzionamenti, sovraccarico del conduttore di neutro) dà distorsione della corrente (in questo caso di quella di guasto a terra) modificando sia il comportamento del differenziale in caso di guasto (ad esempio mancato intervento dell’interruttore con i conseguenti pericoli per l’essere umano) sia le curve di sicurezza. Per procedere ad un’analisi più dettagliata delle non idealità nel funzionamento nell’interruttore automatico differenziale (sia per quanto riguarda lo scatto intempestivo sia per quanto riguarda altre problematiche) è necessario conoscerne in maniera adeguata sia la struttura sia il principio di funzionamento ed anche le diverse tipologie esistenti sul mercato.

Structural Analysis and Form-Finding of Mycelium-Based Monolithic Domes

As sustainability becomes an integral design driver for current civil structures, new materials and forms are investigated. The aim of this study is to investigate analytically and numerically the mechanical behavior of monolithic domes composed of mycological fungi. The study focuses on hemispherical and elliptical forms, as the most typical solution for domes. The influence of different types of loading, geometrical parameters, material properties and boundary conditions is investigated in this study. For the cases covered by the classical shell theory, a comparison between the analytical and the finite element solution is given. Two case studies regarding the dome of basilica of “San Luca” (Bologna, Italy) and the dome of sanctuary of “Vicoforte” (Vicoforte, Italy) are included. After the linear analysis under loading, buckling is also investigated as a critical type of failure through a parametric study using finite elements model. Since shells rely on their shape, form-found domes are also investigated and a comparison between the behavior of the form-found domes and the hemispherical domes under the linear and buckling analysis is conducted. From the analysis it emerges that form-finding can enhance the structural response of mycelium-based domes, although buckling becomes even more critical for their design. Furthermore, an optimal height to span ratio for the buckling of form-found domes is identified. This study highlights the importance of investigating appropriate forms for the design of novel biomaterial-based structures.

Creep deflection of low-strength reinforced concrete flexural members strengthened with carbon fiber composite sheets

The low-strength concrete is defined as a concrete where the compressive cubic strength is less than 15 MPa. Since the beginning of the last century, many low-strength concrete buildings and bridges have been built all over the world. Being short of deeper study, composite sheets are prohibited in strengthening of low-strength reinforced concrete members (CECS 146; ACI 440). Moreover, there are few relevant information about the long-term behavior and durability of strengthened RC members. This fact undoubtedly limits the use of the composite materials in the strengthening applications, therefore, it is necessary to study the behaviours of low-strength concrete elements strengthened with composite materials (FRP) for the preservation of historic constructions and innovation in the strengthening technology. Deformability is one of criteria in the design of concrete structures, and this for functionality, durability and aesthetics reasons. Civil engineer possibly encounters more deflection problems in the structural design than any other type of problem. Many materials common in structural engineering such as wood, concrete and composite materials, suffer creep; if the creep phenomenon is taken into account, checks for serviceability limit state criteria can become onerous, because the creep deformation in these materials is in the same order of magnitude as the elastic deformation. The thesis presents the results of an experimental study on the long-term behavior of low-strength reinforced concrete beams strengthened with carbon fiber composite sheets (CFRP). The work has investigated the accuracy of the long-term deflection predictions made by some analytical procedures existing in literature, as well as by the most widely used design codes (Eurocode 2, ACI-318, ACI-435).

Design and implementation of a non-destructive defect detection technique based on UWB-SAR imaging

In the last twenty years aerospace and automotive industries started working widely with composite materials, which are not easy to test using classic Non-Destructive Inspection (NDI) techniques. Pairwise, the development of safety regulations sets higher and higher standards for the qualification and certification of those materials. In this thesis a new concept of a Non-Destructive defect detection technique is proposed, based on Ultrawide-Band (UWB) Synthetic Aperture Radar (SAR) imaging. Similar SAR methods are yet applied either in minefield [22] and head stroke [14] detection. Moreover feasibility studies have already demonstrated the validity of defect detection by means of UWB radars [12, 13]. The system was designed using a cheap commercial off-the-shelf radar device by Novelda and several tests of the developed system have been performed both on metallic specimen (aluminum plate) and on composite coupon (carbon fiber). The obtained results confirm the feasibility of the method and highlight the good performance of the developed system considered the radar resolution. In particular, the system is capable of discerning healthy coupons from damaged ones, and correctly reconstruct the reflectivity image of the tested defects, namely a 8 x 8 mm square bulge and a 5 mm drilled holes on metal specimen and a 5 mm drilled hole on composite coupon.

Design and implementation of BIRDY satellite data and Radiation Payload simulators

Numerical modelling and simulations are needed to develop and test specific analysis methods by providing test data before BIRDY would be launched. This document describes the "satellite data simulator" which is a multi-sensor, multi-spectral satellite simulator produced especially for the BIRDY mission which could be used as well to analyse data from other satellite missions providing energetic particles data in the Solar system.

Generic wind estimation and compensation based on residual generators and higher-order sliding mode schemes

This master thesis proposes a solution to the approach problem in case of unknown severe microburst wind shear for a fixed-wing aircraft, accounting for both longitudinal and lateral dynamics. The adaptive controller design for wind rejection is also addressed, exploiting the wind estimation provided by suitable estimators. It is able to successfully complete the final approach phase even in presence of wind shear, and at the same time aerodynamic envelope protection is retained. The adaptive controller for wind compensation has been designed by a backstepping approach and feedback linearization for time-varying systems. The wind shear components have been estimated by higher-order sliding mode schemes. At the end of this work the results are provided, an autonomous final approach in presence of microburst is discussed, performances are analyzed, and estimation of the microburst characteristics from telemetry data is examined.

Comportamento a fatica di provini in acciaio inossidabile realizzati tramite DMLS con diverse direzioni di accrescimento

Si tratta di una tesi svolta su diverse tipologie di provini ottenuti per Direct Metal Laser Sintering. Questi campioni sono stati provati a fatica, precisamente a flessione rotante. Per determinarne il limite di fatica è stato utilizzato il metodo Dixon. Una volta stimato questo valore sono stati svolti degli attacchi chimici per verificare la presenza di cricche e porosità. Infine, per controllare le caratteristiche descritte inizialmente dalla letteratura del materiale, sono stati sottoposti ad una prova di durezza Rockwell.

La generazione di modelli tridimensionali densi in ambito architettonico mediante la fotogrammetria digitale

The Italian territory offers a wide range of treasures in the field of Cultural Assets. This is a highly relevant property, which needs an accurate management and preservation performed by appropriate tools, also giving attention to the maintenance and safeguard from risk factors. Nowadays the increasing development of new digital technologies, added by remarkable steps forward got by the subject of Geomatic makes possible an efficient integration among different techniques, helped also by spread of solutions to improve the data import-export and transmission between different devices. The main objective of this thesis is to experience the photogrammetric restitution implemented in a commercial software of digital photogrammetry, in order to generate a dense 3D model of the facade of the Basilica Sant'Apollinare Nuovo in Ravenna. The 1st Chapter, after a general introduction regarding the 3D survey of Cultural Heritage and some considerations linked to the use of digital photogrammetry in this field, is focused to analyze the case of stereoscopic and the monoscopic approach. In particular, it develops the theme of close-range photogrammetry. The 2nd Chapter, exposes the theme of digital images, from color theory until their appearing on the monitor. The 3rd Chapter, develops the case study of the Basilica di Sant'Apollinare Nuovo, the historical, architectural and religious of the same. Also, it is examined the issue of photogrammetry and laser scanning of the case study. The final part of the same chapter, treats the processing of data processing the software Agisoft PhotoScan, in order to generate, by means of Structure from Motion technique, a digital geometric 3D model of the Basilica Facade. The digital model has been scaled on the basis of measurements made on the field. With the software it was possible to accomplish the three phases of the photogrammetric data processing: internal orientation, exterior orientation and restitution.

L'isolamento acustico di facciate, partizioni e solai: un caso di studio a Borgo Montone, provincia di Ravenna.

La presente tesi si occuperà di studiare l'efficienza delle partizioni orizzontali e verticali di un edificio facente parte di un complesso situato a Borgo Montone, in provincia di Ravenna, costruito dalla ditta Acmar, sotto il piano acustico: saranno cercate le conferme dei dati teorici degli elementi costruttivi in un riscontro con i dati acustici studiati nuovamente attraverso le formule. Saranno tenuti in particolare considerazione l'isolamento acustico di facciata, l'isolamento acustico tra partizioni interne ed, infine, la prestazione acustica dei solai.

Ottimizzazione e progettazione di un sistema di cogenerazione statica di energia elettrica tramite celle ad effetto Seebeck

La presente trattazione descrive l’ottimizzazione del prototipo di un generatore termoelettrico da integrare in caldaie a biomassa. La tecnologia termoelettrica consente di generare potenza elettrica a partire da un flusso di calore. Sebbene tale tecnologia presenti caratteristiche di elevata affidabilità e silenziosità, essa richiede ulteriori sforzi tecnologici nella ricerca dell’integrazione ottimale con un impianto termico, ed è inoltre necessaria una progettazione accurata dell’elettronica di controllo. Nella prima sezione del testo vengono descritti i principi fisici alla base di questa tecnologia e le tecniche per la conversione della potenza generata dai moduli termoelettrici (o ad effetto Seebeck) al fine di renderla fruibile da una tipica utenza domestica. Nel secondo capitolo si riporta lo stato dell’arte dell’applicazione della tecnologia termoelettrica in caldaie a biomassa e alcuni casi di implementazione recenti, sottolineando le configurazioni utilizzate, i principali problemi riscontrati nello sviluppo e nella sperimentazione, e le modifiche conseguentemente adottate per superarli. Il terzo capitolo analizza il prototipo sviluppato presso il Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università di Bologna e descrive il processo di dimensionamento dei componenti meccanici e le proposte di ottimizzazione a seguito dei risultati dei primi collaudi. Viene infine sviluppato un modello matematico per confrontare, in funzione dei costi di produzione e di esercizio, le possibilità di sostituzione dei metodi di generazione di energia elettrica convenzionali con l’impianto di cogenerazione termoelettrica realizzato, considerando anche aspetti di impatto ambientale. Tali analisi e ottimizzazioni consistono in un primo miglioramento necessario a rendere la tecnologia termoelettrica applicabile alle caldaie a biomassa stand-alone e a permettere una generazione continua di energia elettrica nelle regioni in cui le infrastrutture sono poco affidabili.

Analisi comparativa di soluzioni per la post-elaborazione di dati sperimentali

Durante l’esecuzione di prove al banco su motori a combustione interna vengono acquisiti dati contenenti le caratteristiche del motore testato al regime di funzionamento scelto, sotto l’azione di alcuni o numerosi parametri variabili in base ai risultati che si vogliono ottenere dalla prova stessa ed in determinate condizioni ambientali. Per questo motivo è di fondamentale importanza disporre di uno strumento che consenta una rapida, ma allo stesso tempo precisa e quanto più possibile completa visualizzazione ed elaborazione di tali dati. A tale scopo con questo elaborato si vogliono valutare diverse soluzioni, in termini di software, per l’analisi di dati sperimentali, con particolare attenzione rivolta agli ambienti NI LabVIEW, The MathWorks MATLAB e NI DIAdem, e ad alcuni strumenti attualmente in uso, cercando sempre il giusto compromesso tra necessità riscontrate in ambito visualizzazione ed analisi dati ed il contenimento dei costi. Vengono, in seguito, esposte le motivazioni che hanno portato alla scelta di DIAdem per implementare le procedure di post-elaborazione dei dati.

Caratterizzazione di resine epossidiche per materiali compositi realizzati in infusione ad alta pressione

I materiali compositi, grazie alla combinazione delle proprietà dei singoli componenti di cui sono costituiti, in particolare la coesistenza di elevate caratteristiche meccaniche e pesi ridotti, rivestono da tempo un ruolo fondamentale nell’industria aeronautica e nel settore delle competizioni automobilistiche e motociclistiche. La possibilità di progettare i materiali in funzione della loro applicazione, unita alla riduzione dei costi di produzione, permette una crescente diffusione del loro utilizzo e l’ampliamento delle applicazioni a moltissimi altri settori, sia per componenti di tipo strutturale, sia di tipo estetico. L’obiettivo della presente tesi è analizzare, attraverso una campagna sperimentale, il comportamento di diversi materiali realizzati con la tecnica di produzione HP-RTM, tramite prove di taglio interlaminare e flessione, al fine di verificare l’applicabilità di tale processo a prodotti strutturali, in modo da velocizzare i tempi di produzione e quindi di abbassare i costi, mantenendo al tempo stesso elevate proprietà meccaniche. Lo scopo di questa campagna quindi è fornire, attraverso lo studio di 30 serie di provini, il materiale migliore in termini di resistenza a flessione e taglio interlaminare; inoltre per ogni tipologia di materiale vengono descritte le diverse distribuzioni dei valori di rottura riscontrati, in modo da lasciare al progettista più libertà possibile nella scelta del materiale in base alle specifiche richieste per una determinata applicazione. Questo studio permette di analizzare l’influenza di ogni singolo componente (tipo di fibra, tipo di binder, presenza o assenza di IMR), all’interno della stessa resina.

Riprogettazione di mozzi ruota per una vettura di Formula SAE

Con questa tesi si vuole illustrare e riordinare il lavoro da me svolto sulla progettazione di mozzi ruota e di altri componenti ad esso associati, relativi alla vettura del team di Formula SAE dell’Università di Bologna. Dopo una prima fase di studio del particolare componente tesa a definire quali caratteristiche fossero richieste al fine di raggiungere gli obbiettivi, si è passati allo sviluppo del progetto con lo svolgimento di primi calcoli a mano, per definire in linea di massima le sollecitazioni, per poi affinare il dimensionamento con le simulazioni FEM. Il componente è stato infine realizzato in lega d'alluminio ad elevate prestazioni.