Additive manufacturing e ottimizzazione topologica: massimizzare le prestazioni di una pinza freno per applicazioni motorsport

I veicoli ad alte prestazioni sono soggetti ad elevati carichi per piccoli intervalli di tempo. Questo comporta diverse criticità sulle componenti che costituiscono la vettura: una di queste è la pinza freno. Al fine di renderla performante è necessario il possesso di due proprietà. In primo luogo, la pinza freno deve essere il più leggera possibile poiché essa conferisce un'inerzia nella risposta della sospensione del veicolo, procurando il distacco dello pneumatico dal suolo e causando perdita di aderenza. In secondo luogo, è necessario contenere le deformazioni della pinza freno garantendo un determinato feeling per il pilota. Il compito del progettista è ottimizzare questi due parametri che hanno effetti antitetici. Questa difficoltà porta il progettista a creare design molto complessi per raggiungere l’ottimale e non sempre le geometrie ottenute sono realizzabili con tecnologie convenzionali. Questo studio riguarda il miglioramento prestazionale di una pinza freno costruita con una lega di alluminio 7075-T6 e lavorato dal pieno. Gli obbiettivi sono quello di produrre il nuovo corpo in titanio TI6Al4V, dal momento che le temperature di esercizio portano a grandi decadute di caratteristiche meccaniche dell’alluminio, contenere il più possibile la massa a fronte dell’aumento di densità di materiale e ovviamente limitare le deformazioni. Al fine di ottenere gli obbiettivi prefissati sono utilizzati metodi agli elementi finiti in diverse fasi della progettazione: per acquisire una geometria di partenza (ottimizzazione topologica) e per la validazione delle geometrie ottenute. Le geometrie ricavate tramite l’ottimizzazione topologica devono essere ricostruite tramite software CAD affinché possano essere ingegnerizzate. Durante la modellazione è necessario valutare quale tecnologia è più vantaggiosa per produrre il componente. In questo caso studio si utilizza un processo di addizione di materiale, più specificatamente una tecnica Selective Laser Melting (SLM).

Studio fluidodinamico della caldaia di un impianto a biomassa

Lo studio ha lo scopo di analizzare la fluidodinamica di una caldaia di un co-inceneritore presente a Widmerpool (Nottingham, UK) costruito dall'azienda "STC Power, s.r.l.". L'obiettivo è analizzare profili di velocità, temperatura, densità, calore scambiato e tempo di residenza lungo il bruciatore del suddetto impianto per valutare la possibilità di formazione gas nocivi, come le diossine, durante il processo di combustione. Per la generazione della mesh per le simulazioni fluidodinamiche si sono utilizzati due differenti software: Salome (software open source) e starCCM+ (software con licenza). In particolare sono state prodotte due mesh differenti attraverso Salome. I risultati ottenuti dalle simulazioni con le due mesh sono stati messi a confronto con i risultati prodotti dalla simulazione con la mesh di starCCM+ per provare l'utilizzabilità di software open source anche nei casi ingegneristici reali. Nello studio si discusso inizialmente degli inceneritori a biomassa in maniera generale per poi concentrarsi sulle possibili emissioni che possono essere prodotte da un impianto di questo tipo e sui sistemi di controllo della combustione e abbattimento dei fumi. Si è descritto successivamente l'impianto analizzato e le condizioni di funzionamento analizzate. Sono stati descritti inoltre il metodo di costruzione delle tre diverse meshes, il solutore utilizzato e come sono state impostate le condizioni a contorno. Infine sono stati riportati i risultati e le conclusioni che hanno riportato una temperatura adatta all'abbattimento degli NOx alla'altezza dell'SNCR, tempi di residenza medi conformi con le normative e profili di temperature e velocità corrispondenti a quelle aspettate dalla caldaia. Infine si sono analizzate le differenze tra i risultati ottenuti dalle tre simulazioni con le diverse meshes.

Analisi del recupero del gas da boil-off di serbatoio LNG da autotrazione

Durante la sosta degli automezzi alimentati ad LNG, la pressione all'interno dei serbatoi criogenici aumenta a causa della formazione di gas al loro interno fino al raggiungimento di una pressione limite, superata la quale il gas metano generato, detto di boil-off, viene sfiatato in aria. Dato il forte impatto ambientale che ha il metano, si è valutato quali fossero le dinamiche legate alla sua produzione e al suo sfiato in funzione delle condizioni iniziali e delle condizioni ambientali esterne. Dopo aver allestito una stazione di prova per poter monitorare i valori di pressione interna del serbatoio, fino al raggiungimento della pressione di sfiato, e di massa del sistema nel tempo per valutare la portata di sfiato, sono state eseguite quattro prove con differenti valori iniziali di pressione interna e livello di riempimento di liquido. Terminate le prove sperimentali, è stato analizzato un sistema di recupero del gas altrimenti sfiatato da installare direttamente a bordo dell'automezzo. Grazie ai risultati delle prove effettuate, è stato poi possibile valutare il consumo energetico che tale recupero richiederebbe e i vantaggi che comporterebbe sia ambientali che economici. Ulteriori prove possono essere effettuate per analizzare le prestazioni del sistema di recupero, in particolare riguardo alle caratteristiche del compressore presente all'interno del sistema stesso che deve essere installato a bordo dell'automezzo.

Applicazione di tecniche untarget molecolari e chimiche per la ricerca di allergeni vegetali in alimenti

I frutti secchi ed i semi commestibili hanno comprovati benefici per la salute, essendo il loro consumo relazionato con la riduzione del rischio di malattie croniche. Tuttavia, questi alimenti hanno un elevato potenziale allergico per una parte della popolazione mondiale. A causa del fatto che le allergie alimentari sono in aumento, diventa importante conoscere tutti i componenti presenti in un alimento, anche se in tracce. Il Regolamento UE n°1169/2011 ha normalizzato le leggi sull’etichettatura delle sostanze che causano allergie ed intolleranze alimentari. Di conseguenza, vi è l'urgente necessità di metodi specifici e affidabili in grado di rilevare allergeni negli alimenti che permettano di garantire la sicurezza alimentare e la conformità delle etichette, migliorando così la vita dei consumatori allergici. Sebbene le tecniche immunologiche siano più specifiche per l’identificazione di proteine allergeniche, le tecniche basate sul DNA sono più adatte per matrici alimentari molto complesse o nel caso di alimenti che hanno subito numerosi processi di trasformazione, mostrandosi come metodi alternativi affidabili. L’obiettivo di questo lavoro di tesi è stato quello di sviluppare una metodica per il rilevamento di specie allergeniche vegetali (frutta a guscio e semi commestibili) in matrici alimentari usando la tecnica del DNA Barcoding e la tecnica della Real-Time PCR. I vantaggi di queste tecniche sono, oltre alla necessità di quantità minime di campione, la possibilità di identificare varie specie allergeniche in simultaneo, anche dopo che queste abbiano subito processi di lavorazione. Si è inoltre fatta un’analisi fingerprinting dei composti volatili su matrici alimentari attraverso il gascromatografo HERACLES II. Le metodiche sviluppate possono fungere come metodi di screening veloci ed affidabili nella riduzione di possibili contaminazioni dei prodotti alimentari, rilevando la presenza o confermando l'assenza di allergeni.

Comparazione performance di un'applicazione enterprise basata su service mesh

Ultimamente si stanno sviluppando tecnologie per rendere più efficiente la virtualizzazione a livello di sistema operativo, tra cui si cita la suite Docker, che permette di gestire processi come se fossero macchine virtuali. Inoltre i meccanismi di clustering, come Kubernetes, permettono di collegare macchine multiple, farle comunicare tra loro e renderle assimilabili ad un server monolitico per l'utente esterno. Il connubio tra virtualizzazione a livello di sistema operativo e clustering permette di costruire server potenti quanto quelli monolitici ma più economici e possono adattarsi meglio alle richieste esterne. Data l'enorme mole di dati e di potenza di calcolo necessaria per gestire le comunicazioni e le interazioni tra utenti e servizi web, molte imprese non possono permettersi investimenti su un server proprietario e la sua manutenzione, perciò affittano le risorse necessarie che costituiscono il cosiddetto "cloud", cioè l'insieme di server che le aziende mettono a disposizione dei propri clienti. Il trasferimento dei servizi da macchina fisica a cloud ha modificato la visione che si ha dei servizi stessi, infatti non sono più visti come software monolitici ma come microservizi che interagiscono tra di loro. L'infrastruttura di comunicazione che permette ai microservizi di comunicare è chiamata service mesh e la sua suddivisione richiama la tecnologia SDN. È stato studiato il comportamento del software di service mesh Istio installato in un cluster Kubernetes. Sono state raccolte metriche su memoria occupata, CPU utilizzata, pacchetti trasmessi ed eventuali errori e infine latenza per confrontarle a quelle ottenute da un cluster su cui non è stato installato Istio. Lo studio dimostra che, in un cluster rivolto all'uso in produzione, la service mesh offerta da Istio fornisce molti strumenti per il controllo della rete a scapito di una richiesta leggermente più alta di risorse hardware.

Analisi dinamica e verifica di un prototipo di macchina automatica per la realizzazione di batterie

Lo scopo di questa tesi è quello di verificare il corretto dimensionamento dei cuscinetti e delle guide lineari di un gruppo all’interno di una macchina automatica brevettata e realizzata da Manz Srl, azienda in collaborazione con la quale è stato svolto il progetto. La macchina automatica in esame è parte di una linea di produzione di batterie rettangolari a partire da nastri di materia prima e impiega l’innovativo processo di wound stacking. Per eseguire la verifica dei componenti è stato necessario effettuare una simulazione dinamica con il software MSC Adams, grazie al quale si sono potute calcolare le reazioni vincolari. In parallelo al modello Adams, è stato realizzato anche un modello MATLAB, con cui poter confrontare i risultati del software multibody per validarli. Stabiliti i periodi previsti di manutenzione della linea e un coefficiente di sicurezza richiesto, si sono individuati i componenti che non rispettavano le specifiche dei progettisti. Alla fine della tesi si propongono anche delle soluzioni per la sostituzione di alcuni componenti.

Caratterizzazione dei consumi idropotabili da tecnologia smart meter - Analisi delle utenze turistiche di Rapallo

La risorsa idrica, nel nostro territorio, è sottoposta a diversi fattori avversi che inficiano fortemente la sua disponibilità. Le cause di maggiore impatto hanno natura climatica o antropica. Tra queste il consumo idropotabile collegato al turismo in particolari contesti può comportare un eccessivo sfruttamento delle fonti idriche e un sovraccarico sulla rete di distribuzione. Lo studio pone l'attenzione sul Comune di Rapallo, ne analizza la domanda idropotabile di alcune strutture ricettive e ne determina caratteristiche comuni su cui basare future valutazioni sulla pianificazione delle infrastrutture e la realizzazione di modelli idraulici. A fondamenta dello studio, è stata effettuata un'analisi climatica dell'area, al fine di determinare la tipologia e la mole di turismo che caratterizza la zona; gli strumenti che lo hanno permesso sono principalmente le stazioni pluviometriche site a Rapallo e nelle aree limitrofe. Successivamente, sono stati ricavati i consumi idropotabili dei grandi utenti, delle strutture recettive e degli stabilimenti balneari dell'area di studio per il biennio 2016-2017. Questi dati sono stati poi correlati ai vari servizi offerti dagli alberghi. Lo studio si è soffermato su una utenza sportivo ricreativa, valutandone il consumo e il suo impatto sul triennio 2018-2020. Inoltre, l’installazione da parte di IREN S.p.A., di smart meter presso 11 strutture alberghiere ha reso disponibili informazioni sul consumo idropotabile ad intervalli inferiori all’ora ed è stato quindi possibile effettuare un'analisi di dettaglio sulla variabilità temporale del consumo negli alberghi. Sono emerse alcune analogie tra strutture simili per servizi offerti e differenze giornaliere nei periodi analizzati, riconducibili anche alla stagionalità che caratterizza le utenze turistiche.

Analisi di immagini satellitari in ambiente GIS nel monitoraggio dei danni antropici al patrimonio archeologico in Siria

Questa tesi sostiene l'efficacia delle immagini satellitari per monitorare e valutare lo stato di conservazione dei siti archeologici soggetti a minacce antropiche, facendo riferimento alla situazione di crisi che è in atto in Siria a causa della guerra civile. Sono descritti nello specifico i vantaggi e i limiti del loro uso per riconoscere e seguire l’evoluzione dei saccheggi e delle altre forme di danno: in particolare vengono valutati i danni presenti su 68 tell pre-classici situati nel nord della Siria. È stato utilizzato un approccio foto interpretativo mediante il software QGIS, confrontando immagini satellitari provenienti da piattaforme open source quali Google, Bing, Esri con immagini d’archivio risalenti al 2010. Sono state effettuate diverse analisi volte a mappare la distribuzione dei danni sul territorio e stimarne l’incremento avvenuto tra il 2014 e il 2019, sottolineando l’impatto della militarizzazione e degli scavi clandestini. Sono state inoltre acquistate due immagini ad altissima risoluzione del satellite WorldView-2 per fare un riconoscimento semiautomatico dei cambiamenti avvenuti dal 2010 al 2020 su due dei tell appartenenti all’area di indagine, attraverso l’uso del software ENVI: dopo avere eseguito le opportune correzioni geometriche e atmosferiche è stata effettuata l’analisi delle componenti principali (PCA) ottenendo due immagini raster nelle quali vengono evidenziate le fosse di saccheggio e i danni compiuti sopra i due tell. Questo approccio ha consentito di individuare con maggiore chiarezza le caratteristiche che non erano altrettanto ben visibili nelle immagini rese disponibili dalle fonti open source. I risultati ottenuti dimostrano l’importanza delle immagini satellitari che rappresentano una fonte oggettiva di informazioni per avere una stima dei danni al suolo e possono aiutare le autorità competenti a prendere le misure necessarie per prevenire un'ulteriore diffusione del saccheggio e delle altre forme di danno.

L'indice di resilienza per la valutazione delle prestazioni di una rete di distribuzione idrica

Nel seguente lavoro di tesi, l’analisi dell’efficienza idraulica è stata condotta sulla base dei tradizionali parametri di simulazione di una rete idrica, come carichi idraulici ai nodi e portate erogate, ma sfruttando l’ausilio di un indice di performance di rete sintetico e globale, ovvero l’Indice di resilienza, introdotto da Todini (2000; 2016). Infatti, tale indice, rientrando tra i parametri con cui valutare lo stato complessivo di “benessere idraulico” di una rete, ha il vantaggio di poter fungere da criterio di selezione di eventuali interventi migliorativi da operare sulla rete stessa. L’analisi si è concentrata sull’utilizzo dell’Indice di resilienza come strumento per la misura delle prestazioni di una rete di distribuzione idrica semplificata, utilizzata come caso studio: per far ciò, si sono messi a confronto i risultati relativi a diversi scenari, ottenuti simulando la rottura in successione delle tubazioni della rete, oppure ipotizzando incrementi di richiesta idrica ai nodi. In generale, i risultati delle simulazioni idrauliche, effettuate con l’ausilio combinato dei software di calcolo EPANET 2.2 e Matlab, hanno mostrato che la resilienza può essere utilizzata per quantificare la robustezza di una rete idrica, presentando forti correlazioni con le pressioni ai nodi. Durante il corso di queste analisi, si è anche voluto mostrare lo sviluppo analitico subito nel tempo dalla formula dell’Indice di resilienza, della quale in principio era stata proposta una formulazione pensata per l’approccio Demand Driven, poi estesa all’approccio di modellazione Pressure Driven. L’intento finale dell’elaborato è stato quello di capire tramite quali mezzi poter migliorare la resilienza del sistema in esame: è emerso che la soluzione ottimale è quella di sfruttare gli effetti benefici derivanti dall’azione combinata della sostituzione dei diametri e del risparmio idrico derivante dalla riduzione delle perdite idriche e degli sprechi nei consumi idropotabili.

Sviluppo di una libreria di geometria computazionale per comparare metodi di presa misura in pazienti amputati di arto inferiore

Il progetto descritto in questo elaborato di tesi è stato svolto presso Il Centro Protesi INAIL (Vigorso di Budrio, BO). Il lavoro è stato realizzato a supporto di un progetto di ricerca, finanziato dal Dipartimento della Difesa USA, in collaborazione con la Northwestern University di Chicago e il Minneapolis Veteran Affairs Health Care Sytem. La ricerca ha lo scopo di determinare l’efficacia comparativa di metodi alternativi per realizzare il calco del moncone dell’amputato di arto inferiore e la successiva invasatura su misura. Il progetto di tesi nasce dall’assenza di un software commerciale in grado di analizzare come evolve la forma del moncone, dal calco all'invasatura finita, basandosi sulla digitalizzazione tridimensionale delle superfici. La libreria sviluppata è implementata in Python e utilizza algoritmi e strumenti di geometria computazionale al fine di supportare i processi di elaborazione dati. Il flusso di lavoro si sviluppa nelle seguenti fasi: • Acquisizione e pre-processing del dato; • Identificazione digitale dei punti di repere; • Allineamento dei modelli per orientarli in un sistema di riferimento globale secondo una logica comune; • Registrazione di due modelli per allinearli l’uno all’altro; • Generazione di outcome e parametri dimensionali, derivanti da mappe distanza, sezioni, cammini geodetici e regioni di interesse; • Estrazione di indicatori statistici riassuntivi delle differenze, correlate ad un insieme di scansioni tramite la PCA. Le funzionalità sono state validate tramite appositi test su dati clinici rilevati dallo studio o dati sintetici con caratteristiche note a priori. La libreria fornisce un insieme di interfacce che permette l’accesso anche a utenti non esperti ed è caratterizzata da modularità, semplicità di installazione ed estensibilità delle funzionalità. Tra gli sviluppi futuri si prevede l’identificazione di possibili ottimizzazioni individuate da un utilizzo degli strumenti esteso a più casi d’uso.

Analisi preliminare tramite simulazioni CFD di sistemi di combustione SACI

In questa tesi ci si occupa di presentare lo scenario motoristico attuale, le normative vigenti e la ricerca di sistemi più efficienti per poi fare un’analisi preliminare, basata su simulazioni termofluidodinamiche, di sistemi di combustione a bassa temperatura di tipo SACI, in modo da comprendere come i vari parametri influenzino la formazione della miscela in camera di combustione. In particolare vengonono usati i software OpenWAM e FIRE per studiare la fase di aspirazione e l’iniezione.

La movimentazione dei sedimenti di spiaggia nell'ambito della gestione del litorale: il caso di Cesenatico.

Il litorale emiliano romagnolo nell’ultimo secolo risulta sempre più soggetto al fenomeno dell’erosione (Arpae, 2020), incrementata dall’urbanizzazione della costa, dalla riduzione del trasporto solido fluviale e dal fenomeno della subsidenza. Il tratto di costa preso in considerazione nella tesi riguarda l’area di Cesenatico sud: esso non è tra i più critici del litorale regionale, ed è considerato come un settore relativamente stabile dal punto di vita dell’erosione costiera (Arpae, 2020). Ciò è attribuibile in parte alla presenza di barriere frangiflutti lungo tutta l’estensione del paraggio, ma soprattutto a quella del molo sud del Portocanale che intercetta il trasporto solido lungo costa avente verso sud-nord. Per contrastare l’erosione costiera vengono comunque messe in atto a scala locale una serie di “buone pratiche” di gestione del sedimento (linee guida MATTM-Regioni, 2018) come la creazione di un “argine invernale” nel retrospiaggia e lo scraping: una tecnica con la quale, tramite mezzi meccanici, viene rimosso sedimento da accumuli nella spiaggia sommersa ridepositato sulla spiaggia emersa, per aumentarne la superficie in vista dell’avvio della stagione balneare. Il monitoraggio della spiaggia emersa e sommersa è un’attività fondamentale per comprendere gli effetti associati a questi interventi, anche nell’ottica di una gestione sostenibile della costa. Nel 2020 e 2021 sono stati eseguiti a Cesenatico sud una serie di rilievi topografici e batimetrici, all’ultimo dei quali ho personalmente preso parte. I dati sono stati acquisiti con GNSS ed ecoscandaglio single-beam e poi elaborati con software GIS per ottenere mappe di quota/profondità, DTM delle differenze tra rilievi e per ricostruire i profili di spiaggia. Dalle analisi svolte è possibile cogliere i cambiamenti morfologici della spiaggia in seguito alla movimentazione del sedimento in risposta ad attività antropiche e a processi naturali (come significativi eventi di mareggiata).

Effetto di fertilizzanti ottenuti dal riciclaggio di scarti organici sulle caratteristiche vegeto-produttive di sangiovese

Negli ultimi anni, i cambiamenti nella raccolta dei rifiuti domestici e nei sistemi di gestione dello smaltimento hanno aumentato la quantità di compost prodotto nelle città italiane. L'applicazione di compost ai terreni agricoli permette il sequestro di forme stabili di C ed N. Data l’estesa superficie a vite che copre circa 660.000 ettari (ISTAT 2021), risulta interessante valutare l'utilizzo di compost su questa coltura. L’esperimento ha come scopo quello di studiare gli effetti di alcuni composti organici sulla fertilità chimica del suolo, sulla crescita della pianta e sulla qualità dell’uva. La prova è stata condotta a Cadriano, Bologna, su un vigneto di Sangiovese innestato su portinnesto 110 Richter, messo a dimora nel 2019 e allevato a cordone speronato. Nello specifico, sono stati utilizzati i seguenti fertilizzanti: 1) ammendante compostato misto (ACM), 2) gesso di defecazione (GDD) e 3) concime minerale. Dai risultati è emerso come il trattamento GDD abbia determinato un aumento della concentrazione di azoto minerale nel suolo, che si è manifestato principalmente con elevati livelli di azoto nelle foglie e una minor produzione. Al contrario l’ACM ha presentato un effetto simile al concime minerale e ha indotto, allo stesso tempo, una maggior produzione, senza effetti negativi sulla qualità dell’uva.

Segmentazione automatica di immagini TC per lo studio della composizione corporea

Segmentare un’immagine significa riconoscere al suo interno elementi con caratteristiche comuni e raggrupparli, distinguendoli dagli elementi che posseggono caratteristiche diverse; si parla di segmentazione automatica quando questo processo è eseguito completamente da un software senza l’intervento umano. Segmentare le immagini TC, molto diffuse in ambito diagnostico, permette di estrarre una grande quantità di dati dall’alto valore prognostico e predittivo della composizione corporea del paziente. Tuttavia, a causa della scarsa diffusione di software per la segmentazione automatica, tutti questi dati non vengono utilizzati. Il presente lavoro di tesi si propone di riportare lo stato dell’arte sulla segmentazione, sia manuale sia automatica, dei tessuti corporei in immagini TC. Vengono spiegati i vantaggi dell’utilizzo di grandezze CT-derived rispetto a molti dei protocolli odierni e vengono esposti gli attuali livelli di accuratezza delle segmentazioni effettuate con metodi automatici. Inoltre, ci si sofferma, cercando di quantificarli, sugli effetti del mezzo di contrasto sulle grandezze CT-derived, poiché questi possono generare errori nella segmentazione automatica dei tessuti. Infine, viene esposto l’approccio 3D alla segmentazione in contrapposizione al metodo single slice, con il primo caratterizzato da un’accuratezza maggiore del secondo. Per accedere alla versione aggiornata e corretta, contattare l'autore ai seguenti indirizzi: simone.chiarella@studio.unibo.it; simonechiarella99@gmail.com

Progettazione di sistema di distribuzione a cascata di ingranaggi a bassa emissione sonora per motore ad alte prestazioni

Il progetto è stato svolto in collaborazione con HPE COXA, azienda modenese dedicata alla progettazione e simulazione di elementi meccanici per il settore automotive. La finalità del progetto di tesi presentato è quella di progettare un sistema di distribuzione motore a cascata di ingranaggi dedicato ed adattato ad un motore termico V8, 4000cc già esistente, così da sostituire l’attuale sistema di distribuzione a catena e rocchetti. La peculiarità del meccanismo da progettare è la bassa emissione sonora, la quale deve essere ottenuta mediante modifiche al profilo della dentatura e ad un corretto dimensionamento del sistema. Per riuscire a soddisfare la richiesta, si utilizzano software di progettazione e simulazione (KissSoft e KissSys) che consentono di studiare la fase di ingranamento delle ruote permettendo di comprenderne il comportamento. Lo studio approfondisce poi tematiche riguardanti la natura delle modifiche effettuate, la resistenza strutturale, la distribuzione delle forze e delle tensioni e la progettazione di un sistema di ancoraggio e lubrificazione che permetta il corretto funzionamento. Il lavoro sarà completato poi con due appendici, le quali approfondiscono ancora più nel dettaglio alcune delle caratteristiche delle modifiche del profilo di dentature elicoidali, le quali non sono state prese in considerazione per il progetto della distribuzione.