Calcolo strutturale tramite simulazione agli elementi finiti ed analisi delle criticità di macchinari della linea di prodotto Handling

Questa tesi si propone di analizzare due macchinari della linea di “Handling” della divisione Active di IMA S.p.A., ovvero la macchina “Cyclops” e la macchina “Hercules”. Per entrambe le macchine si vuole svolgere un’analisi completa dei rischi strutturali: si vogliono individuare, infatti, i componenti strutturalmente critici al fine di proporre migliorie e soluzioni per evitare problematiche o danneggiamenti alle macchine. Per l’individuazione delle criticità strutturali, la prima cosa effettuata è stata un’analisi del funzionamento dei macchinari, attraverso uno studio dei singoli componenti e dei loro montaggi, a cui è seguita un’analisi dei carichi e delle sollecitazioni agenti su entrambe le macchine in condizioni di lavoro standard. A valle di queste analisi è stato possibile, quindi, individuare i componenti maggiormente sollecitati e, con l’ausilio di un software di nome Creo Simulate, ovvero un’estensione del software PTC Creo, molto diffuso nell’ambito della progettazione 3D di componenti industriali, sono state eseguite delle simulazioni virtuali di calcolo agli elementi finiti. Dall’analisi dei risultati delle simulazioni eseguite al calcolatore si sono evidenziate le eventuali criticità di ogni componente proponendo modifiche di progettazione, sia in termini di modifica della geometria del componente, sia riguardo a possibili modifiche nella scelta dei materiali. In aggiunta alle simulazioni virtuali, per completezza d’analisi, sono state svolte anche analisi strutturali di tipo analitico per la verifica di collegamenti bullonati e collegamenti saldati e per la verifica a fatica di alberi in rotazione.

Modellazione e simulazione di un processo di produzione per l'industria 4.0

In un mondo in continua trasformazione cresce sempre più il numero delle aziende che hanno colto l’importanza della digitalizzazione dei processi produttivi. Alcune di esse si affidano ad esperti capaci di suggerire soluzioni per ottenere servizi di alta qualità e fruibilità con l’integrazione di sistemi gestionali. Il presente lavoro di tesi ha come obiettivo l’analisi del processo produttivo di una azienda che realizza armadi per stazioni di ricarica elettrica serie terra a colonna. Si compone di sei capitoli, il primo affronta il tema della Simulazione e le sue principali caratteristiche per analizzare un processo di produzione; il secondo esamina i linguaggi, le applicazioni e i modelli di simulazione; il terzo analizza e descrive le peculiarità e le caratteristiche del software utilizzato per la simulazione; il quarto capitolo affronta il tema dell’industria 4.0 spingendo all’innovazione nei sistemi produttivi per raggiungere una produzione del tutto automatizzata e interconnessa; nel quinto viene descritto il modello digitale per ottenere in modo preciso un oggetto fisico, così da avere una Simulazione precisa, infine, il sesto esamina la Simulazione e Modellizzazione come strumento per l’ottimizzazione del processo produttivo riguardante armadi per stazioni di ricarica elettrica serie terra a colonna. Il raggiungimento dell’uso della simulazione come supporto all’analisi dinamica di un processo consente di avere una panoramica complessiva di tutte le operazioni, rappresentando, così un vantaggio per le aziende che possono valutare con oggettività soluzioni progettuali alternative, di cui è difficile prevedere il comportamento, le prestazioni e l’impatto su altri sistemi. Questi risultati sono la risposta alle necessità di disporre strumenti per l’anticipazione, il dimensionamento e il contenimento dei rischi di progetto.

Simulazione numerica di un flusso turbolento bifase

Nel seguente elaborato è stata trattata l’analisi di un flusso bifase, newtoniano, incomprimibile, turbolento attraverso i dati ricavati tramite una simulazione numerica diretta (DNS) del flusso. I due fluidi, aventi le stesse caratteristiche di densità e viscosità, sono stati separati da un’interfaccia caratterizzata da una tensione superficiale costante. Sono quindi stati paragonati i risultati ottenuti da tale simulazione con quelli ricavati da una DNS di flusso bifase precedentemente svolta, avente stesse proprietà dei fluidi ma diversa altezza dell’interfaccia. Attraverso tale confronto, si è notato come la presenza di un’interfaccia abbia modificato in maniera rilevante il comportamento della turbolenza nei pressi di quest’ultima, incrementando la portata volumetrica del flusso. In particolare si è osservato come, ad un maggiore spessore del fluido lubrificante (fluido avente spessore minore tra i due), seguisse una portata volumetrica maggiore.

Simulazione e controllo di un motore brushless sinusoidale

Nel presente elaborato si prende in esame il modello di un motore sincrono a magneti permanenti alimentato in bassa tensione, avente BEMF sinusoidale, ed il suo sistema di controllo. Nella trattazione, viene studiato il comportamento del motore sulla base delle equazioni caratteristiche della macchina e del controllo ad orientamento di campo, così da poter mettere in luce i parametri che influenzano direttamente le prestazioni oggetto di interesse in ambito industriale e di ricerca. Si illustra, inoltre, la costruzione di un modello del motore e del suo controllo, considerando il motore s602b402 prodotto da SIBONI, in ambiente di simulazione. Tale modello permetterà di osservare la risposta della macchina ai più comuni ingressi forniti dall’utente, quali posizione e velocità, sulla base della taratura dei regolatori del sistema di controllo. A questo proposito, l'elaborato spiega come ottenere i parametri di macchina, necessari per la simulazione e per identificare il modello del motore, attraverso le prove sperimentali e quali differenze emergono tra i risultati ottenuti dall’ambiente di simulazione e quelli al banco. Questo consente, infine, di verificare l’attendibilità del modello e di fornire spunti per poterne migliorare i risultati in vista di sviluppi futuri.

Simulazione numerica di un getto di idrogeno sottoespanso mediante OpenFOAM

Questa tesi tratta lo studio e l’applicazione di una metodologia per la simulazione di getti gassosi sottoespansi, nello specifico getti di idrogeno in aria. La necessità di questo lavoro nasce dall’esigenza, nel mondo dei trasporti, di abbandonare i combustibili fossili derivati dal petrolio. L’idrogeno, come il metano, viene iniettato in fase gassosa, quindi occorre studiare bene i fenomeni e i meccanismi in gioco per ottimizzare la miscelazione con l’aria. La parte iniziale della tesi riguarda lo studio teorico e generale della letteratura sui getti sottoespansi, con l’obiettivo di capire cosa sono, come si formano, da cosa sono governati e quali sono i loro parametri principali. Successivamente si passa alla loro analisi numerica tramite il software CFD open source OpenFOAM. Le analisi condotte hanno permesso di valutare l’impiego di diversi approcci di modellazione al fine di trovare quello ottimale. Sono stati testati differenti risolutori (rhoCentralFoam, rhoPimpleFoam e reactingFoam), diverse configurazioni della mesh (wedge 2-D, empty 2-D e cyclic 3-D) e diversi modelli di turbolenza (k − ϵ, RNG k − ϵ e k − ω SST).

Sviluppo di modelli dinamici per la simulazione del volo di aerei leggeri elettrici

Il presente lavoro di tesi si pone come obiettivo l’individuazione di modelli matematici che possano essere utilizzati per la configurazione di simulatori di volo aerei elettrici dell’aviazione generale. In particolare, sono state trovate in letteratura delle formule da utlizzare per modellare eliche, motori elettrici di varie tipologie e batterie. Per meglio comprendere l’impatto dell’adozione dei motori elettrici sui velivoli dell’aviazione generale sono stati effettuati dei confronti di dati, in cui si è preso come riferimento il motore a combustione interna Continental O-300 montato sui Cessna C172. Successivamente, sono stati implementati i modelli dinamici in Simulink di motori elettrici che potrebbero sostituire il motore a combustione interna sopra citato. Sono, poi, state eseguite alcune comparazioni tra i risultati ottenuti in termini di spinte ottenibili, potenze e autonomie, e numero di giri di rotazione dell’elica per diversi motori elettrici. Per effettuare le simulazioni è stato utilizzato il software Simulink: ambiente in cui sono stati sviluppati modelli dinamici di propulsione sia tradizionale che elettrica. Nella parte conclusiva della tesi, sono riportate alcune considerazioni volte a stimare l'autonomia di un velivolo simile al Cessna C172, in cui si sotituisce il motore a combustione interna con un motore elettrico a parità di peso massimo al decollo e l’andamento di quest'ultimo in funzione dell’autonomia per un velivolo elettrico. I risultati ottenuti da queste ultime simulazioni suggeriscono che la conversione ad elettrico è attualmente critica in quanto la ridotta densità di energia delle batterie porta ad un significativo decadimento dell'autonomia generale.

On The Consistency Of Monte Carlo Track Structure Dna Damage Simulations.

Monte Carlo track structures (MCTS) simulations have been recognized as useful tools for radiobiological modeling. However, the authors noticed several issues regarding the consistency of reported data. Therefore, in this work, they analyze the impact of various user defined parameters on simulated direct DNA damage yields. In addition, they draw attention to discrepancies in published literature in DNA strand break (SB) yields and selected methodologies. The MCTS code Geant4-DNA was used to compare radial dose profiles in a nanometer-scale region of interest (ROI) for photon sources of varying sizes and energies. Then, electron tracks of 0.28 keV-220 keV were superimposed on a geometric DNA model composed of 2.7 × 10(6) nucleosomes, and SBs were simulated according to four definitions based on energy deposits or energy transfers in DNA strand targets compared to a threshold energy ETH. The SB frequencies and complexities in nucleosomes as a function of incident electron energies were obtained. SBs were classified into higher order clusters such as single and double strand breaks (SSBs and DSBs) based on inter-SB distances and on the number of affected strands. Comparisons of different nonuniform dose distributions lacking charged particle equilibrium may lead to erroneous conclusions regarding the effect of energy on relative biological effectiveness. The energy transfer-based SB definitions give similar SB yields as the one based on energy deposit when ETH ≈ 10.79 eV, but deviate significantly for higher ETH values. Between 30 and 40 nucleosomes/Gy show at least one SB in the ROI. The number of nucleosomes that present a complex damage pattern of more than 2 SBs and the degree of complexity of the damage in these nucleosomes diminish as the incident electron energy increases. DNA damage classification into SSB and DSB is highly dependent on the definitions of these higher order structures and their implementations. The authors' show that, for the four studied models, different yields are expected by up to 54% for SSBs and by up to 32% for DSBs, as a function of the incident electrons energy and of the models being compared. MCTS simulations allow to compare direct DNA damage types and complexities induced by ionizing radiation. However, simulation results depend to a large degree on user-defined parameters, definitions, and algorithms such as: DNA model, dose distribution, SB definition, and the DNA damage clustering algorithm. These interdependencies should be well controlled during the simulations and explicitly reported when comparing results to experiments or calculations.

Determination of the spin of new resonances in electroweak gauge boson pair production at the LHC

The appearance of spin-1 resonances associated with the electroweak symmetry breaking sector is expected in many extensions of the standard model. We analyze the CERN Large Hadron Collider potential to probe the spin of possible new charged and neutral vector resonances through the purely leptonic processes pp -> Z' -> l(+) l'(-) E(T), and pp -> W' -> l'(+/-) l(+) l(-) E(T), with l, l' = e or mu. We perform a model-independent analysis and demonstrate that the spin of the new states can be determined with 99% C. L. in a large fraction of the parameter space where these resonances can be observed with 100 fb(-1). We show that the best sensitivity to the spin is obtained by directly studying correlations between the final state leptons, without the need of reconstructing the events in their center-of-mass frames.

g factors of coexisting isomeric states in (188)Pb

The g factors of the 12(+), 11(-), and 8(-) isomeric states in (188)Pb were measured using the time-differential perturbed angular distribution method as g(12(+)) = -0.179(6), g(11(-)) = +1.03(3), and g(8(-)) = -0.037(7). The g factor of the 12(+) state follows the observed slight down-sloping evolution of the g factors of the i(13/2)(2) neutron spherical states with decreasing N. The g factors of the 11(-) and 8(-) isomers proposed as oblate and prolate deformed states, respectively, were interpreted within the rotational model, using calculated and empirical g factor values for the involved single-particle orbitals.

An XPS study of an isomorphous trivalent lanthanoid series

X-ray photoelectron spectroscopy has been used to investigate the core electron binding energies within an isomorphous series of lanthanoid complexes; [LnL(1)] where Ln=La-Lu (except Pm) and H3L is the heptadentate ligand 2,2',2-tris(salicylideneimino)triethylamine. This study also examines spin-orbit coupling of the trivalent lanthanoids bound to this organic ligand and addresses the issue of satellite peaks in the spectra. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Caracterização dos Casos Observados numa Equipa de Psiquiatria da Infância e Adolescência. Um Estudo Retrospectivo

Ao longo das últimas décadas tem-se assistido a um crescente número de crianças que necessita de avaliação e acompanhamento em Psiquiatria da Infância e Adolescência. Actualmente estima-se que entre 10 a 20% das crianças tenham um ou mais problemas de Saúde Mental, sendo que apenas um quinto destas recebem o tratamento apropriado. Assim, no sentido de se poder proceder a uma melhor planificação e gestão de recursos realizou-se uma análise do movimento assistencial de uma Equipa de Pedopsiquiatria entre 2004 e 2007 bem como uma análise descritiva detalhada da população de utentes do ano 2007. No período de quatro anos estudado foram observadas 1923 crianças num total de 9609 consultas. Verificou-se um predomínio claro de crianças e adolescentes do sexo masculino e a média etária observada foi de 9,89 anos. A caracterização da população consultada no ano de 2007 (480 utentes), revelou também uma preponderância das estruturas familiares nucleare e, ao nível da área de residência destaca-se um predomínio de crianças do concelho de Sintra (71%). Quanto à origem do pedido, em 29% os casos foram referenciados pelo Médico Assistente e em 26% pela Escola; os motivos de consulta mais frequentes foram os problemas de comportamento (30%) e as dificuldades de aprendizagem escolar (15%). Foi possível ainda caracterizar os pedidos de consulta por fonte de referenciação. No que concerne ao diagnóstico, a nível psicodinâmico, a Organização Depressiva predomina (56%) enquanto, quando analisados os diagnósticos do Eixo I de acordo com a DSM-IV-TR, se verifica um predomínio das Perturbações do Humor (30%) seguindo-se as Perturbações do Comportamento e Défice de Atenção (24,8%). Os tempos de espera médios entre o pedido e a primeira consulta variaram entre 55 dias (casos provenientes do Serviço de Urgência) e os 141 dias (casos sinalizados pela escola). Apenas com uma análise aprofundada da realidade assistencial nesta área permitirá a planificação e implementação de medidas que visem optimizar os Serviços e a resposta que estes dão às crianças, adolescentes e famílias.

A model of cellular dosimetry for macroscopic tumors in radiopharmaceutical therapy.

PURPOSE: In the radiopharmaceutical therapy approach to the fight against cancer, in particular when it comes to translating laboratory results to the clinical setting, modeling has served as an invaluable tool for guidance and for understanding the processes operating at the cellular level and how these relate to macroscopic observables. Tumor control probability (TCP) is the dosimetric end point quantity of choice which relates to experimental and clinical data: it requires knowledge of individual cellular absorbed doses since it depends on the assessment of the treatment's ability to kill each and every cell. Macroscopic tumors, seen in both clinical and experimental studies, contain too many cells to be modeled individually in Monte Carlo simulation; yet, in particular for low ratios of decays to cells, a cell-based model that does not smooth away statistical considerations associated with low activity is a necessity. The authors present here an adaptation of the simple sphere-based model from which cellular level dosimetry for macroscopic tumors and their end point quantities, such as TCP, may be extrapolated more reliably. METHODS: Ten homogenous spheres representing tumors of different sizes were constructed in GEANT4. The radionuclide 131I was randomly allowed to decay for each model size and for seven different ratios of number of decays to number of cells, N(r): 1000, 500, 200, 100, 50, 20, and 10 decays per cell. The deposited energy was collected in radial bins and divided by the bin mass to obtain the average bin absorbed dose. To simulate a cellular model, the number of cells present in each bin was calculated and an absorbed dose attributed to each cell equal to the bin average absorbed dose with a randomly determined adjustment based on a Gaussian probability distribution with a width equal to the statistical uncertainty consistent with the ratio of decays to cells, i.e., equal to Nr-1/2. From dose volume histograms the surviving fraction of cells, equivalent uniform dose (EUD), and TCP for the different scenarios were calculated. Comparably sized spherical models containing individual spherical cells (15 microm diameter) in hexagonal lattices were constructed, and Monte Carlo simulations were executed for all the same previous scenarios. The dosimetric quantities were calculated and compared to the adjusted simple sphere model results. The model was then applied to the Bortezomib-induced enzyme-targeted radiotherapy (BETR) strategy of targeting Epstein-Barr virus (EBV)-expressing cancers. RESULTS: The TCP values were comparable to within 2% between the adjusted simple sphere and full cellular models. Additionally, models were generated for a nonuniform distribution of activity, and results were compared between the adjusted spherical and cellular models with similar comparability. The TCP values from the experimental macroscopic tumor results were consistent with the experimental observations for BETR-treated 1 g EBV-expressing lymphoma tumors in mice. CONCLUSIONS: The adjusted spherical model presented here provides more accurate TCP values than simple spheres, on par with full cellular Monte Carlo simulations while maintaining the simplicity of the simple sphere model. This model provides a basis for complementing and understanding laboratory and clinical results pertaining to radiopharmaceutical therapy.

A model of cellular dosimetry for macroscopic tumors in radiopharmaceutical therapy.

PURPOSE: In the radiopharmaceutical therapy approach to the fight against cancer, in particular when it comes to translating laboratory results to the clinical setting, modeling has served as an invaluable tool for guidance and for understanding the processes operating at the cellular level and how these relate to macroscopic observables. Tumor control probability (TCP) is the dosimetric end point quantity of choice which relates to experimental and clinical data: it requires knowledge of individual cellular absorbed doses since it depends on the assessment of the treatment's ability to kill each and every cell. Macroscopic tumors, seen in both clinical and experimental studies, contain too many cells to be modeled individually in Monte Carlo simulation; yet, in particular for low ratios of decays to cells, a cell-based model that does not smooth away statistical considerations associated with low activity is a necessity. The authors present here an adaptation of the simple sphere-based model from which cellular level dosimetry for macroscopic tumors and their end point quantities, such as TCP, may be extrapolated more reliably. METHODS: Ten homogenous spheres representing tumors of different sizes were constructed in GEANT4. The radionuclide 131I was randomly allowed to decay for each model size and for seven different ratios of number of decays to number of cells, N(r): 1000, 500, 200, 100, 50, 20, and 10 decays per cell. The deposited energy was collected in radial bins and divided by the bin mass to obtain the average bin absorbed dose. To simulate a cellular model, the number of cells present in each bin was calculated and an absorbed dose attributed to each cell equal to the bin average absorbed dose with a randomly determined adjustment based on a Gaussian probability distribution with a width equal to the statistical uncertainty consistent with the ratio of decays to cells, i.e., equal to Nr-1/2. From dose volume histograms the surviving fraction of cells, equivalent uniform dose (EUD), and TCP for the different scenarios were calculated. Comparably sized spherical models containing individual spherical cells (15 microm diameter) in hexagonal lattices were constructed, and Monte Carlo simulations were executed for all the same previous scenarios. The dosimetric quantities were calculated and compared to the adjusted simple sphere model results. The model was then applied to the Bortezomib-induced enzyme-targeted radiotherapy (BETR) strategy of targeting Epstein-Barr virus (EBV)-expressing cancers. RESULTS: The TCP values were comparable to within 2% between the adjusted simple sphere and full cellular models. Additionally, models were generated for a nonuniform distribution of activity, and results were compared between the adjusted spherical and cellular models with similar comparability. The TCP values from the experimental macroscopic tumor results were consistent with the experimental observations for BETR-treated 1 g EBV-expressing lymphoma tumors in mice. CONCLUSIONS: The adjusted spherical model presented here provides more accurate TCP values than simple spheres, on par with full cellular Monte Carlo simulations while maintaining the simplicity of the simple sphere model. This model provides a basis for complementing and understanding laboratory and clinical results pertaining to radiopharmaceutical therapy.

Análise da distribuição espacial de dose absorvida em próton terapia ocular

OBJETIVO: Propõe-se avaliar os perfis de dose em profundidade e as distribuições espaciais de dose para protocolos de radioterapia ocular por prótons, a partir de simulações computacionais em código nuclear e modelo de olho discretizado em voxels. MATERIAIS E MÉTODOS: As ferramentas computacionais empregadas foram o código Geant4 (GEometry ANd Tracking) Toolkit e o SISCODES (Sistema Computacional para Dosimetria em Radioterapia). O Geant4 é um pacote de software livre, utilizado para simular a passagem de partículas nucleares com carga elétrica através da matéria, pelo método de Monte Carlo. Foram executadas simulações computacionais reprodutivas de radioterapia por próton baseada em instalações pré-existentes. RESULTADOS: Os dados das simulações foram integrados ao modelo de olho através do código SISCODES, para geração das distribuições espaciais de doses. Perfis de dose em profundidade reproduzindo o pico de Bragg puro e modulado são apresentados. Importantes aspectos do planejamento radioterápico com prótons são abordados, como material absorvedor, modulação, dimensões do colimador, energia incidente do próton e produção de isodoses. CONCLUSÃO: Conclui-se que a terapia por prótons, quando adequadamente modulada e direcionada, pode reproduzir condições ideais de deposição de dose em neoplasias oculares.

Estudo comparativo de dosimetria computacional entre modelos homogêneos e um modelo voxel em mamografia: uma discussão de aplicações em testes de constância e cálculo de dose glandular em pacientes

OBJETIVO: Comparar dados de dosimetria e fluência de fótons entre diferentes modelos de mama, discutindo as aplicações em testes de constância e estudos dosimétricos aplicados à mamografia. MATERIAIS E MÉTODOS: Foram simulados diferentes modelos homogêneos e um modelo antropomórfico de mama tipo voxel, sendo contabilizadas: a dose total absorvida no modelo, a dose absorvida pelo tecido glandular/material equivalente, e a dose absorvida e a fluência de fótons em diferentes profundidades dos modelos. Uma câmara de ionização simulada coletou o kerma de entrada na pele. As combinações alvo-filtro estudadas foram Mo-30Mo e Mo-25Rh, para diferentes potenciais aceleradores de 26 kVp até 34 kVp. RESULTADOS: A dose glandular normalizada, comparada ao modelo voxel, resultou em diferenças entre -15% até -21% para RMI, -10% para PhantomMama e 10% para os modelos Barts e Keithley. A variação dos valores da camada semirredutora entre modelos foi geralmente inferior a 10% para todos os volumes sensíveis. CONCLUSÃO: Para avaliar a dose glandular normalizada e a dose glandular, em mamas médias, recomenda-se o modelo de Dance. Os modelos homogêneos devem ser utilizados para realizar testes de constância em dosimetria, mas eles não são indicados para estimar a dosimetria em pacientes reais