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.

Simulazione numerica di sensori in fibra ottica distribuiti per rilevamento del danno in materiali compositi

Le fibre ottiche sono materiali costituiti al loro interno da fibre di vetro o filamenti polimerici. Esse attualmente trovano grande impiego nel campo della telecomunicazione, ma è assai importante lo sviluppo che stanno ottenendo nel campo del monitoraggio strutturale. L’obiettivo del lavoro descritto in questo elaborato finale è di riuscire a sviluppare un programma in grado di computare una simulazione analitico-parametrica riguardante i segnali restituiti da un sensore in fibra ottica. In particolare, sono stati creati due codici (Codice 1 e Codice 2) per sostenere un Codice Esistente. Quest’ultimo prende in input dei dati sperimentali che, invece di essere ottenuti da prove in laboratorio, sono prodotti in uscita dal Codice 1, il quale simula prove a fatica o statiche in provini di diverso materiale. Attraverso l’analisi di questi dati, il codice finale crea delle curve probabilistiche in grado di asserire con quanta probabilità e con quale confidenza è possibile valutare i risultati esplicitati dallo strumento di rilevazione, che in questo caso è un sensore in fibra ottica. D’altra parte, il Codice 2 analizza le conseguenze nella Probability of Detection e confidenza al variare dei parametri maggiormente influenti nel modello.

Analisi degli effetti di impatti su componenti in materiali compositi avanzati

L’idea alla base di questo elaborato finale nasce principalmente dall’interesse verso lo stato dell’arte attuale per quanto riguarda l’utilizzo di materiali compositi in ambito aerospaziale. La grande potenzialità di questi materiali è oggigiorno ancora contrastata da forti limitazioni, come il costo elevato oppure il comportamento particolare della struttura interna. Quest’ultimo aspetto rappresenta, a livello macroscopico, la problematica cardine del presente studio: il comportamento meccanico di questi materiali a seguito di un impatto, con un focus particolare sugli effetti, all’apparenza trascurabili, di impatti a bassa energia. Si è scelto in particolare di analizzare gli sviluppi raggiunti dalla ricerca nei giunti incollati a giro singolo, una tipologia di giunzione caratterizzata da due componenti aderenti ed una sostanza adesiva a costituire la giunzione stessa. Il materiale composito più utilizzato per questo tipo di strutture è il Carbon Fiber Reinforced Polymer o CFRP. Il fulcro di questa tesi è sostanzialmente un’analisi di una serie di studi recenti sugli effetti di impatti in un giunto incollato in composito, valutato sia in maniera statica che ciclica; vengono inoltre descritti gli effetti di fattori ambientali come la temperatura e l’umidità, e riportate proposte presenti e future degli autori, come la ricerca di configurazioni alternative per il giunto oppure una serie di modifiche alle superfici, al fine di migliorare le prestazioni di questi componenti con soluzioni ottimizzate ed efficaci. In conclusione, si sintetizzano i risultati raggiunti da questi studi sperimentali, con l’intenzione di evidenziarne il progresso piuttosto che le limitazioni comparse e di contribuire alla transizione completa verso l’utilizzo dei materiali compositi, che acquisiranno sempre maggiore importanza nell’ingegneria dei materiali.

Metodi per la stima ab initio del gap energetico nei materiali

In questa tesi è stato svolto il calcolo di alcune proprietà dei materiali usando un approccio ab initio, in particolare i gap energetici e le DOS (densità di stati) di silicio e ossido di nichel. Per fare ciò, sono state usate tre diverse teorie: DFT (Density Functional Theory), DFT+U e GW. Nei primi tre capitoli sono state spiegate le tre approssimazioni fatte e le basi teoriche. Nel quarto capitolo si presentano i risultati. In particolare il gap del silicio usando la DFT è di 0.6617 eV che risulta più basso di quello sperimentale di 1.12 eV a causa dei limiti della DFT. Per la DFT+U è stato svolto il calcolo sull’ossido di nichel perché presenta orbitali d, interessati maggiormente nella correzione apportata. L’energia di gap calcolata è di 3.3986 eV . Per quel che riguarda l’approssimazione GW, è stata svolta anch’essa sul silicio e restituisce un gap di 1.301 eV , che risulta più vicino alla misura sperimentale rispetto alla DFT.

Razionalizzazione di un sistema di stoccaggio dei materiali: il caso Marazzi Group.

Oggigiorno le aziende si trovano ad operare in mercati aventi caratteristiche comuni; le difficoltà presenti nelle catene del valore sono evidenti: risulta complicato non solo reperire la materia prima per realizzare il prodotto finito, ma anche l’energia necessaria per avviare i processi di trasformazione. Partendo da queste considerazioni, l’incremento dei costi aziendali risulta purtroppo scontato; è quindi necessario ricercare metodi per ridurli e per mantenere invariato il margine di contribuzione sul prodotto finito. Questo elaborato va ad esaminare le attività presenti all’interno del magazzino prodotti finiti di Marazzi Group, azienda leader nella produzione del grès porcellanato, cercando di proporre alcuni miglioramenti applicabili nella quotidianità. Nello specifico, tramite l’applicazione del principio di Pareto, siamo andati a suddividere gli articoli e le locazioni in classi cercando di determinare l’allocazione ottimale per ridurre al minimo le movimentazioni e i relativi sprechi. Una volta determinata la situazione attuale, abbiamo cercato di creare uno strumento che permettesse di monitorare in qualsiasi istante la gestione da parte del responsabile. Inoltre, considerando la saturazione delle varie locazioni, siamo andati a creare un file in grado di indirizzare il materiale in ingresso nella stiva più adeguata. L’introduzione di questi miglioramenti ha portato benefici sia da un punto di vista quantitativo sia qualitativo. A livello quantitativo è stato possibile osservare una riduzione dei costi collegati al personale, al carburante e alla manutenzione dei carrelli. D’altro canto, a livello qualitativo abbiamo riscontrato una riduzione nei tempi di preparazione e di spedizione, aumentando così la capacità produttiva del magazzino.

Applicazioni di tecniche della lean manufacturing e di algoritmi euristici costruttivi ad un layout a reparti

Il layout di un sistema di stoccaggio è un fattore caratteristico e cruciale nell’organizzazione del lavoro e dei flussi di materiale di un’azienda, se le condizioni di partenza non sono soddisfacenti è possibile passare da un layout AS-IS ad uno TO-BE che implementi alcune caratteristiche ricercate. Per intervenire sul layout AS-IS del magazzino in maniera funzionale, e poterne poi sviluppare uno in parte ex-novo, è stato necessario attraversare 3 diverse fasi che ridisegnassero il magazzino. Nella prima fase sono state applicate alcune tecniche di lean manufacturing con lo scopo di eliminare il superfluo e riorganizzare ciò che effettivamente fosse funzionale al lavoro eseguito quotidianamente. Lavorando assieme all’operatore addetto al magazzino è stato possibile raggiungere ottimi risultati sia da un punto di vista qualitativo che quantitativo. Nella seconda fase si è affrontato il problema dello storage assignment che consiste nell’assegnare la diversa merce all’interno del magazzino. Il maggior spazio ottenuto dall’applicazione delle tecniche di lean manufacturing è stato determinante per la scelta di una politica class-based storage. Utilizzando questa politica è stato possibile definire con precisione il numero e la grandezza dei reparti di cui necessitava il magazzino. Le prime due fasi ed i loro risultati operativi tra cui: maggior ordine creato, incremento dello spazio disponile e definizione dei reparti nel magazzino; sono stati fondamentali per poter applicare alcuni algoritmi euristici risolutivi che sviluppassero delle soluzioni di layout TO-BE. Non avendo flussi di materiali costanti ma basandosi soprattutto su lavoro a commessa o lavorazioni di manutenzione su prodotti già consegnati sono stati utilizzati unicamente degli algoritmi costruttivi. Nello specifico sono stati utilizzati 4 diversi algoritmi TCR, Aldep, Corelap e RDM per rendere l’intera trattazione più esaustiva.

Studio e implementazione del processo di polarizzazione in AC su materiali piezoelettrici nanofibrosi

I materiali piezoelettrici sono una classe di materiali che hanno la capacità di convertire energia elettrica in meccanica, e viceversa. I piezoelettrici si suddividono in tre classi: naturarli, ceramici e polimerici. Quest'ultimi, seppur mostrando coefficienti piezoelettrici non elevati rispetto ai primi due, presentano grandi vantaggi in termini di proprietà meccaniche, essendo per esempio molto flessibili, grazie anche all'ausilio delle nanotecnologie. In questo elaborato si è utilizzato il PVDF-TrFE, un materiale polimerico, prodotto sotto forma di nanofibre tramite il processo di elettrofilatura. La struttura nanofibrosa incrementa le proprietà piezoelettriche, che dipendono dalla superficie totale del materiale, poiché massimizza il rapporto superficie/volume. Lo scopo dell'elaborato è quello di ottimizzare il processo di polarizzazione, e quindi incrementare la risposta elettromeccanica dei provini a seguito di una sollecitazione, applicando una tecnica innovativa. Questa prevede l'applicazione di un campo elettrico AC sinusoidale, partendo da un valor nullo fino a un valore massimo di regime, continuando successivamente con un campo in DC avente la stessa apiezza massima. Questa tecnica è stata applicata a differenti provini di PVDF-TrFE, variando alcuni parametri come frequenza, numero di cicli e temperatura. I valori misurati sono stati suddivisi in diversi grafici al variare della temperatura, mostrando notevoli miglioramenti rispetto alle tecniche già note di polarizzazione. È stata inoltre mostrata la struttura in scala nanometrica delle fibre, valutando così l'effetto della temperatura di esercizio sui provini durante il processo di polarizzazione.

Introduzione di un piano di campionamento indicizzato secondo l'AQL per i materiali in ingresso nel settore del material handling e dell'intralogistica. Il caso System Logistics S.p.A.

L’elaborato si è sviluppato all'interno dell’azienda System Logistics S.p.A. di Fiorano Modenese, leader nel settore del material handling e dell’intralogistica. Il focus dell'elaborato è sulla progettazione di un piano di campionamento indicizzato secondo il livello di qualità accettabile. Successivamente ad una presentazione più approfondita dell’azienda e dei prodotti offerti, si passa all’introduzione teorica dei temi dell’intralogistica e della qualità. Questo permette di comprendere il contesto operativo più generale in cui si inserisce il progetto. Infatti, la parte centrale è dedicata alla presentazione delle origini, degli obiettivi e della metodologia del progetto, in particolare, anticipando le procedure che si sono poste come basi strutturali della progettazione. La parte finale descrive il processo statistico che ha portato all’ottenimento del nuovo piano di campionamento e la sua applicazione empirica ai componenti più critici della navetta del LogiMate, il più recente prodotto dell’azienda. In quest’ultima fase si pone il focus sul processo di raccolta e analisi dei dati presentando, in particolare, un’analisi comparativa rispetto alla situazione iniziale dal punto di vista del rischio e un’analisi effettuata con le Carte di Controllo sul processo produttivo di un fornitore. L’esposizione è realizzata anche mediante grafici, ottenuti principalmente attraverso il supporto di Excel e Minitab, al fine illustrare in modo più agevole ed esplicito i risultati ottenuti.

Durabilita’ e cleaning validation di materiali polimerici per macchinari dell’industria farmaceutica

La scelta del materiale da costruzione (MOC) delle apparecchiature nell’industria farmaceutica rappresenta uno step cruciale per garantire il successo dell’impianto. Infatti, per evitare la contaminazione dei lotti e quindi assicurare la massima qualità del farmaco, è necessario evitare qualsiasi interazione chimica, nonostante il continuo contatto, tra il prodotto, la superficie dei macchinari e i fluidi di processo. Allo stato attuale, gli acciai inossidabili sono il riferimento per il settore. Il loro storico utilizzo è da imputare alla loro estrema versatilità: oltre ad essere particolarmente performanti dal punto di vista meccanico, mostrano alta resistenza alle temperature ed eccellente coefficiente igienico, grazie anche alla loro ottima resistenza alla corrosione. Tuttavia, ci sono stati diversi sviluppi e innovazioni nella produzione dei materiali plastici, che hanno portato alla generazione di nuovi polimeri ingegnerizzati in grado di competere per proprietà meccaniche, e non solo, con gli acciai. L’additive manufacturing (AM), inoltre, si è dimostrata essere un’importante innovazione per la produzione di componenti industriali in materiale plastico, in quanto può favorire la riduzione di peso del componente e l’abbassamento dei costi di produzione. Tra le varie tecnologie AM una delle più mature è la sinterizzazione laser selettiva (SLS), dove però i componenti prodotti, nonostante i numerosi vantaggi che garantiscono, sono tuttavia soggetti alla formazione di porosità. Nell’ottica dell’introduzione di polimeri come materiali da costruzione per macchinari dell’industria farmaceutica, questo elaborato si è concentrato sullo studio della durabilità di alcune tipologie di materiali plastici (elastomeri, poliolefine e poliammidi), andando a valutare nello specifico la compatibilità dei differenti polimeri studiati con diversi fluidi di lavaggio, e la loro pulibilità, essendo questa una prerogativa fondamentale dei componenti a contatto con il farmaco.

Analisi del comportamento ad impatto in materiali compositi con matrice termoplastica

La tesi presenta la storia e le caratteristiche dei materiali compositi con particolare riguardo ai CFRP, alle resine termoplastiche e ai materiali termoindurenti. Sono, poi, riportati i risultati di alcuni esperimenti condotti su questi materiali con lo scopo di analizzarne le proprietà e capire se possono essere adatti o meno ad un particolare utilizzo. In seguito, si procede con l'analisi del comportamento dei materiali compositi quando vengono soggetti ad impatti a bassa energia, al fine di verificare la variazione subita dalle proprietà dei materiali stessi. Da ultimo, lo studio tratta l'impiego dei CFRP, delle resine termoplastiche e dei materiali termoindurenti nell'industria aerospaziale ed automobilistica.

Applicazione delle tecniche della Lean Manufacturing con focus sul dimensionamento dei materiali a Kanban in un sistema produttivo: il caso Magni Telescopic Handlers.

L’attività di Tesi svolta presso l’azienda Magni Telescopic Handlers è stata finalizzata all’implementazione e l’ottimizzazione dei principi fondamentali della teoria della Lean Manufacturing. Lo scopo del percorso si è concentrato in prima battuta sulla valutazione e analisi delle previsioni dei consumi delle macchine, per poi proseguire con la realizzazione di un database aggiornato costituito esclusivamente dal materiale gestito a Kanban. In questa maniera è stato possibile predisporre la formulazione della mappatura dei componenti a Kanban lungo le tre linee di montaggio dell’azienda, per riuscire a verificare il corretto collocamento dei codici. Sono quindi successivamente sviluppate due metodologie di implementazione per il dimensionamento del Kanban al fine di ottimizzare i processi interni, in accordo con la filosofia Lean Thinking. Al termine dell'elaborato sono illustrati i risultati e i vantaggi che si sono ottenuti per consentire un miglior livello di ottimizzazione delle attività di montaggio lungo la linea e uno standard di efficienza produttiva più elevato.