Modellazione e simulazione di sistemi meccanici ad elevato numero di gradi di libertà mediante metodi non convenzionali e sistemi CAD

Recent developments in piston engine technology have increased performance in a very significant way. Diesel turbocharged/turbo compound engines, fuelled by jet fuels, have great performances. The focal point of this thesis is the transformation of the FIAT 1900 jtd diesel common rail engine for the installation on general aviation aircrafts like the CESSNA 172. All considerations about the diesel engine are supported by the studies that have taken place in the laboratories of the II Faculty of Engineering in Forlì. This work, mostly experimental, concerns the transformation of the automotive FIAT 1900 jtd – 4 cylinders – turbocharged – diesel common rail into an aircraft engine. The design philosophy of the aluminium alloy basement of the spark ignition engine have been transferred to the diesel version while the pistons and the head of the FIAT 1900 jtd are kept in the aircraft engine. Different solutions have been examined in this work. A first V 90° cylinders version that can develop up to 300 CV and whose weight is 30 kg, without auxiliaries and turbocharging group. The second version is a development of e original version of the diesel 1900 cc engine with an optimized crankshaft, that employ a special steel, 300M, and that is verified for the aircraft requirements. Another version with an augmented stroke and with a total displacement of 2500 cc has been examined; the result is a 30% engine heavier. The last version proposed is a 1600 cc diesel engine that work at 5000 rpm, with a reduced stroke and capable of more than 200 CV; it was inspired to the Yamaha R1 motorcycle engine. The diesel aircraft engine design keeps the bore of 82 mm, while the stroke is reduced to 64.6 mm, so the engine size is reduced along with weight. The basement weight, in GD AlSi 9 MgMn alloy, is 8,5 kg. Crankshaft, rods and accessories have been redesigned to comply to aircraft standards. The result is that the overall size is increased of only the 8% when referred to the Yamaha engine spark ignition version, while the basement weight increases of 53 %, even if the bore of the diesel version is 11% lager. The original FIAT 1900 jtd piston has been slightly modified with the combustion chamber reworked to the compression ratio of 15:1. The material adopted for the piston is the aluminium alloy A390.0-T5 commonly used in the automotive field. The piston weight is 0,5 kg for the diesel engine. The crankshaft is verified to torsional vibrations according to the Lloyd register of shipping requirements. The 300M special steel crankshaft total weight is of 14,5 kg. The result reached is a very small and light engine that may be certified for general aviation: the engine weight, without the supercharger, air inlet assembly, auxiliary generators and high pressure body, is 44,7 kg and the total engine weight, with enlightened HP pump body and the titanium alloy turbocharger is less than 100 kg, the total displacement is 1365 cm3 and the estimated output power is 220 CV. The direct conversion of automotive piston engine to aircrafts pays too huge weight penalties. In fact the main aircraft requirement is to optimize the power to weight ratio in order to obtain compact and fast engines for aeronautical use: this 1600 common rail diesel engine version demonstrates that these results can be reached.

Sviluppo di nuovi sistemi catalitici per la produzione di idrogeno "on-board" mediante deidrogenazione di idrocarburi

La ricerca è collocata nell’ambito del progetto europeo “GREEN AIR” (7FP – Transport) che è finalizzato alla produzione di idrogeno a bordo di aerei mediante deidrogenazione catalitica di cherosene avio. La deidrogenazione di molecole organiche volta alla produzione di idrogeno è una reazione poco studiata; in letteratura sono presenti solo esempi di deidrogenazione di molecole singole, tipicamente a basso peso molecolare, per la produzione di olefine. Già per questi substrati la conduzione della reazione risulta molto complessa, quindi l’impiego di frazioni di combustibili reali rende ancora più problematica le gestione del processo. L’individuazione dei parametri operativi e della corretta formulazione del catalizzatore possono essere definiti accuratamente solo dopo un approfondito studio dei meccanismi di reazione e di disattivazione. Pertanto questo lavoro ha come obiettivo lo studio di questi meccanismi partendo da molecole modello per giungere poi a definire la reattività di miscele complesse. Le problematiche principali che si presentano nella conduzione di questa reazione sono la disattivazione da coke e da zolfo. Quindi è evidente che la comprensione dei meccanismi di reazione, di formazione dei depositi carboniosi e dell’avvelenamento da zolfo è uno stadio fondamentale per delineare quali siano i requisiti necessari alla realizzazione del processo. Il fine ultimo della ricerca è quello di utilizzare le informazioni acquisite dallo studio dei meccanismi coinvolti per arrivare a formulare un catalizzatore capace di soddisfare i requisiti del progetto, sia in termini di produttività di idrogeno sia in termini di tempo di vita, unitamente alla definizione di accorgimenti utili al miglioramento della conduzione della reazione.

Ricostruzione mandibolare con tecnologia CAD-CAM

L’obbiettivo di una ricostruzione micro vascolare di mandibola è quello di assicurare al paziente il miglior risultato estetico e funzionale auspicabile. Ciò può essere conseguito utilizzando il lembo microvascolare di perone/cresta iliaca e una placca ricostruttiva in titanio che funga da guida nella fase di modellamento del lembo per ricreare un contorno parabolico il più possibile simile al profilo mandibolare originario del paziente. Il modellamento manuale ed artigianale intraoperatorio di una placca ricostruttiva è operatore dipendente ed anche in mani molto abili o ricorrendo a modelli anatomici stereolitografici non sempre risulta preciso quanto voluto e spesso non porta ai risultati postoperatori attesi e desiderati. Obbiettivo del nostro studio è stato pertanto, sfruttando le moderne tecnologie CAD-CAM, la produzione di placche ricostruttive “custom -made” progettate direttamente al computer ricreanti il profilo osseo originale del paziente.

Sistemi per la produzione di enzimi industriali finalizzati alla valorizzazione di scarti agroalimentari

La demolizione idrolitica delle pareti cellulari delle piante tramite enzimi lignocellulosici è quindi uno degli approcci più studiati della valorizzazione di scarti agricoli per il recupero di fitochimici di valore come secondary chemical building block per la chimica industriale. White rot fungi come il Pleurotus ostreatus producono una vasta gamma di enzimi extracellulari che degradano substrati lignocellulosici complessi in sostanze solubili per essere utilizzati come nutrienti. In questo lavoro abbiamo studiato la produzione di diversi tipi di enzimi lignocellulosici quali cellulase, xilanase, pectinase, laccase, perossidase e arylesterase (caffeoilesterase e feruloilesterase), indotte dalla crescita di Pleurotus ostreatus in fermentazione allo stato solido (SSF) di sottoprodotti agroalimentari (graspi d’uva, vinaccioli, lolla di riso, paglia di grano e crusca di grano) come substrati. Negli ultimi anni, SSF ha ricevuto sempre più interesse da parte dei ricercatori, dal momento che diversi studi per produzioni di enzimi, aromi, coloranti e altre sostanze di interesse per l' industria alimentare hanno dimostrato che SSF può dare rendimenti più elevati o migliorare le caratteristiche del prodotto rispetto alla fermentazione sommersa. L’utilizzo dei sottoprodotti agroalimentari come substrati nei processi SSF, fornisce una via alternativa e di valore, alternativa a questi residui altrimenti sotto/o non utilizzati. L'efficienza del processo di fermentazione è stato ulteriormente studiato attraverso trattamenti meccanici di estrusione del substrato , in grado di promuovere il recupero dell’enzima e di aumentare l'attività prodotta. Le attività enzimatiche prodotte dalla fermentazione sono strettamente dipendente della rimozione periodica degli enzimi prodotti. Le diverse matrici vegetali utilizzate hanno presentato diversi fenomeni induttivi delle specifiche attività enzimatiche. I processi SSF hanno dimostrato una buona capacità di produrre enzimi extracellulari in grado di essere utilizzati successivamente nei processi idrolitici di bioraffinazione per la valorizzazione dei prodotti agroalimentari.

Applicazioni degli acciai inossidabili in sistemi per la produzione di energia.

Questo elaborato ha lo scopo di esporre quelli che sono i vantaggi derivanti dall' utilizzo degli acciai inossidabili, specificando il tipo di componente e le ragioni della scelta, nei sistemi per la produzione di energia: dalle turbine, agli impianti nucleari, fino agli impianti che sfruttano le energie alternative (solare, eolica, geotermica, biogas). Inizialmente viene fornito un quadro generale sui differenti tipi di acciai inox (martensitici, ferritici, austenitici e duplex, con le relative proprietà, sottolineandone vantaggi e svantaggi), descrivendone anche i sistemi di designazione, con particolare attenzione alla norma AISI (American Iron and Steel Institute). Una volta messe in risalto queste caratteristiche, vengono esaminati e descritti diversi sistemi di produzione di energia in cui gli acciai inox trovano applicazione: si parte dalle turbine (idraulica, a vapore e a gas), spiegando i benefici nell'utilizzo di particolari categorie di acciai inox nella realizzazione di alcuni dei componenti per questi impianti. Vengono quindi esaminati gli impianti nucleari, partendo da quelli che utilizzano come moderatore e fluido refrigerante acqua naturale, ("PWR", Pressurized Water Reactor) e ("BWR", Boiling Water Reactor), fino a quelli che utilizzano invece acqua pesante ("CANDU", Canadian Deuterium Uranium Reactor), nonchè i reattori veloci ("FBR", Fast Breeding Reactor). Infine, vengono esaminate le applicazioni degli acciai inox, nei sistemi per la produzione di energia che, sfruttano fonti alternative (elencate in precedenza).

Passividade na interface prótese/pilar intermediário de infraestrutura implantossuportadas confeccionadas pela tecnologia CAD/CAM e método convencional

The objective of this research was to evaluate the passivity and strain induced in infrastructures screwed on abutments, made by CAD/CAM technology, and to compare these samples with parts manufactured by conventional casting. Using CAD/CAM technology, 4 samples were made from zirconia (Zircad) and 4 samples were manufactured from cobaltchrome (CoCrcad). The control groups were 4 specimens of cobalt-chrome, made by onepiece casting (CoCrci), for a total of 12 infrastructures. To evaluate the passivity, the infraestructures were installed on the abutments. One end was tightened and the vertical gap between the infrastructure and the prosthetic abutment was measured with scanning electron microscopy (250×). The mean strain in these infrastructures was analyzed via the photoelasticity test. A significant difference (p = 0.000) in passivity was observed between the control (CoCrci) and sample groups (CoCrcad and CoCrci). CoCrcad exhibited the best value of passivity (48.76 ± 13.45 μm) and CoCrci the worst (187.55 ± 103.63 μm), Zircad presented an intermediate value (103.81 ± 43.15 μm). When compared to the other groups, CoCrci showed the highest mean strain around the implants (17.19 ± 7.22 kPa). It was concluded that the zirconia infrastructure made by CAD / CAM showed a higher vertical marginal misfit than those made in cobalt-chromium alloy with the same methodology, however, the tension generated in the implants was similar. The CAD/CAM technology is more accurate for passivity and mean strain of infrastructure screwed on abutments than conventional manufacturing techniques

Effects of cement thickness and bonding on the failure loads of CAD/CAM ceramic crowns: Multi-physics FEA modeling and monotonic testing

Objective. To determine the influence of cement thickness and ceramic/cement bonding on stresses and failure of CAD/CAM crowns, using both multi-physics finite element analysis and monotonic testing.Methods. Axially symmetric FEA models were created for stress analysis of a stylized monolithic crown having resin cement thicknesses from 50 to 500 mu m under occlusal loading. Ceramic-cement interface was modeled as bonded or not-bonded (cement-dentin as bonded). Cement polymerization shrinkage was simulated as a thermal contraction. Loads necessary to reach stresses for radial cracking from the intaglio surface were calculated by FEA. Experimentally, feldspathic CAD/CAM crowns based on the FEA model were machined having different occlusal cementation spaces, etched and cemented to dentin analogs. Non-bonding of etched ceramic was achieved using a thin layer of poly(dimethylsiloxane). Crowns were loaded to failure at 5 N/s, with radial cracks detected acoustically.Results. Failure loads depended on the bonding condition and the cement thickness for both FEA and physical testing. Average fracture loads for bonded crowns were: 673.5 N at 50 mu m cement and 300.6 N at 500 mu m. FEA stresses due to polymerization shrinkage increased with the cement thickness overwhelming the protective effect of bonding, as was also seen experimentally. At 50 mu m cement thickness, bonded crowns withstood at least twice the load before failure than non-bonded crowns.Significance. Occlusal "fit" can have structural implications for CAD/CAM crowns; pre-cementation spaces around 50-100 mu m being recommended from this study. Bonding benefits were lost at thickness approaching 450-500 mu m due to polymerization shrinkage stresses. (C) 2012 Academy of Dental Materials. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Marginal and Internal Discrepancies Related to Margin Design of Ceramic Crowns Fabricated by a CAD/CAM System

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Biaxial flexural strength of CAD/CAM ceramics.

Aim of the study was to evaluate the biaxial flexural strength of ceramics processed using the Cerec inLab system. The hypothesis was that the flexural strength would be influenced by the type of ceramic. Ten samples (ISO 6872) of each ceramic (N.=50/n.=10) were made using Cerec inLab (software Cerec 3D) (Ø:15 mm, thickness: 1.2 mm). Three silica-based ceramics (Vita Mark II [VM], ProCad [PC] and e-max CAD ECAD]) and two yttria-stabilized tetragonal-zirconia-polycrystalline ceramics (Y-TZP) (e-max ZirCad [ZrCAD] and Vita In-Ceram 2000 YZ Cubes [VYZ]) were tested. The samples were finished with wet silicone carbide papers up to 1200-grit and polished in a polishing machine with diamond paste (3 μm). The samples were then submitted to biaxial flexural strength testing in a universal testing machine (EMIC), 1 mm/min. The data (MPa) were analyzed using the Kruskal-Wallis and Dunn (5%) tests. Scanning electronic microscopy (SEM) was performed on a representative sample from each group. The values (median, mean±sd) obtained for the experimental groups were: VM (101.7, 102.1±13.65 MPa), PC (165.2, 160±34.7 MPa), ECAD (437.2, 416.1±50.1 MPa), ZrCAD (804.2, 800.8±64.47 MPa) and VYZ (792.7, 807±100.7 MPa). The type of ceramic influenced the flexural strength values (P=0.0001). The ceramics ECADa, e-max ZrCADa and VYZa presented similar flexural strength values which were significantly higher than the other groups (PCb and VM IIb), which were similar statistically between them (Dunn's test). The hypothesis was accepted. The polycrystalline ceramics (Y-TZP) should be material chosen for make FPDs because of their higher flexural strength values.

Avaliação das discrepâncias marginal vertical e interna de coroas totais cerâmicas confeccionadas por um sistema CAD/CAM, variando o término cervical

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Caracterização da influência do tipo de sinterização na composição química, resistência à flexão e dureza de blocos cerâmicos para CAD/CAM

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Sistemas CAD/CAM: avaliação da precisão de aquisição de dados

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Avaliação da precisão de aquisição de dados nos Sistemas CAD/CAM: desadaptação marginal horizontal

Pós-graduação em Odontologia - FOA