Modellazione multibody di veicoli ferroviari: sviluppo ed implementazione di modelli innovativi per l'analisi del contatto ruota - rotaia

The wheel - rail contact analysis plays a fundamental role in the multibody modeling of railway vehicles. A good contact model must provide an accurate description of the global contact phenomena (contact forces and torques, number and position of the contact points) and of the local contact phenomena (position and shape of the contact patch, stresses and displacements). The model has also to assure high numerical efficiency (in order to be implemented directly online within multibody models) and a good compatibility with commercial multibody software (Simpack Rail, Adams Rail). The wheel - rail contact problem has been discussed by several authors and many models can be found in the literature. The contact models can be subdivided into two different categories: the global models and the local (or differential) models. Currently, as regards the global models, the main approaches to the problem are the so - called rigid contact formulation and the semi – elastic contact description. The rigid approach considers the wheel and the rail as rigid bodies. The contact is imposed by means of constraint equations and the contact points are detected during the dynamic simulation by solving the nonlinear algebraic differential equations associated to the constrained multibody system. Indentation between the bodies is not permitted and the normal contact forces are calculated through the Lagrange multipliers. Finally the Hertz’s and the Kalker’s theories allow to evaluate the shape of the contact patch and the tangential forces respectively. Also the semi - elastic approach considers the wheel and the rail as rigid bodies. However in this case no kinematic constraints are imposed and the indentation between the bodies is permitted. The contact points are detected by means of approximated procedures (based on look - up tables and simplifying hypotheses on the problem geometry). The normal contact forces are calculated as a function of the indentation while, as in the rigid approach, the Hertz’s and the Kalker’s theories allow to evaluate the shape of the contact patch and the tangential forces. Both the described multibody approaches are computationally very efficient but their generality and accuracy turn out to be often insufficient because the physical hypotheses behind these theories are too restrictive and, in many circumstances, unverified. In order to obtain a complete description of the contact phenomena, local (or differential) contact models are needed. In other words wheel and rail have to be considered elastic bodies governed by the Navier’s equations and the contact has to be described by suitable analytical contact conditions. The contact between elastic bodies has been widely studied in literature both in the general case and in the rolling case. Many procedures based on variational inequalities, FEM techniques and convex optimization have been developed. This kind of approach assures high generality and accuracy but still needs very large computational costs and memory consumption. Due to the high computational load and memory consumption, referring to the current state of the art, the integration between multibody and differential modeling is almost absent in literature especially in the railway field. However this integration is very important because only the differential modeling allows an accurate analysis of the contact problem (in terms of contact forces and torques, position and shape of the contact patch, stresses and displacements) while the multibody modeling is the standard in the study of the railway dynamics. In this thesis some innovative wheel – rail contact models developed during the Ph. D. activity will be described. Concerning the global models, two new models belonging to the semi – elastic approach will be presented; the models satisfy the following specifics: 1) the models have to be 3D and to consider all the six relative degrees of freedom between wheel and rail 2) the models have to consider generic railway tracks and generic wheel and rail profiles 3) the models have to assure a general and accurate handling of the multiple contact without simplifying hypotheses on the problem geometry; in particular the models have to evaluate the number and the position of the contact points and, for each point, the contact forces and torques 4) the models have to be implementable directly online within the multibody models without look - up tables 5) the models have to assure computation times comparable with those of commercial multibody software (Simpack Rail, Adams Rail) and compatible with RT and HIL applications 6) the models have to be compatible with commercial multibody software (Simpack Rail, Adams Rail). The most innovative aspect of the new global contact models regards the detection of the contact points. In particular both the models aim to reduce the algebraic problem dimension by means of suitable analytical techniques. This kind of reduction allows to obtain an high numerical efficiency that makes possible the online implementation of the new procedure and the achievement of performance comparable with those of commercial multibody software. At the same time the analytical approach assures high accuracy and generality. Concerning the local (or differential) contact models, one new model satisfying the following specifics will be presented: 1) the model has to be 3D and to consider all the six relative degrees of freedom between wheel and rail 2) the model has to consider generic railway tracks and generic wheel and rail profiles 3) the model has to assure a general and accurate handling of the multiple contact without simplifying hypotheses on the problem geometry; in particular the model has to able to calculate both the global contact variables (contact forces and torques) and the local contact variables (position and shape of the contact patch, stresses and displacements) 4) the model has to be implementable directly online within the multibody models 5) the model has to assure high numerical efficiency and a reduced memory consumption in order to achieve a good integration between multibody and differential modeling (the base for the local contact models) 6) the model has to be compatible with commercial multibody software (Simpack Rail, Adams Rail). In this case the most innovative aspects of the new local contact model regard the contact modeling (by means of suitable analytical conditions) and the implementation of the numerical algorithms needed to solve the discrete problem arising from the discretization of the original continuum problem. Moreover, during the development of the local model, the achievement of a good compromise between accuracy and efficiency turned out to be very important to obtain a good integration between multibody and differential modeling. At this point the contact models has been inserted within a 3D multibody model of a railway vehicle to obtain a complete model of the wagon. The railway vehicle chosen as benchmark is the Manchester Wagon the physical and geometrical characteristics of which are easily available in the literature. The model of the whole railway vehicle (multibody model and contact model) has been implemented in the Matlab/Simulink environment. The multibody model has been implemented in SimMechanics, a Matlab toolbox specifically designed for multibody dynamics, while, as regards the contact models, the CS – functions have been used; this particular Matlab architecture allows to efficiently connect the Matlab/Simulink and the C/C++ environment. The 3D multibody model of the same vehicle (this time equipped with a standard contact model based on the semi - elastic approach) has been then implemented also in Simpack Rail, a commercial multibody software for railway vehicles widely tested and validated. Finally numerical simulations of the vehicle dynamics have been carried out on many different railway tracks with the aim of evaluating the performances of the whole model. The comparison between the results obtained by the Matlab/ Simulink model and those obtained by the Simpack Rail model has allowed an accurate and reliable validation of the new contact models. In conclusion to this brief introduction to my Ph. D. thesis, we would like to thank Trenitalia and the Regione Toscana for the support provided during all the Ph. D. activity. Moreover we would also like to thank the INTEC GmbH, the society the develops the software Simpack Rail, with which we are currently working together to develop innovative toolboxes specifically designed for the wheel rail contact analysis.

Analisi multiscala e multitemporale con immagini telerilevate per la regione della Siria interna settentrionale

La Siria interna settentrionale rappresenta un’area di grande interesse dal punto di vista degli studi storico – archeologici. Da decenni, infatti, in questa zona si susseguono molteplici campagne di scavi archeologici e numerosi progetti di ricerca finalizzati alla ricostruzione ed alla caratterizzazione del paesaggio antico della Siria interna settentrionale. E’ proprio all’interno di tale contesto che si inquadra il presente lavoro di tesi, che vuol essere uno strumento di supporto interdisciplinare per le attività e le ricerche sotto differenti e molteplici punti di vista: ingegneristico, archeologico, geologico ed agrario. L’obiettivo principale di questo elaborato riguarda l’analisi e l’inquadramento del territorio della Siria interna settentrionale, attraverso l’impiego delle immagini satellitari e con il supporto dei dati presenti in letteratura, al fine di produrre una classificazione dell’area di interesse. Per permettere una migliore caratterizzazione del territorio, i risultati ottenuti sono inoltre valutati e comparati utilizzando differenti scale temporali e spaziali. Tali analisi hanno per loro natura un carattere multitemporale, con l’obiettivo di valutare le principali trasformazioni del territorio, analizzando in particolar modo il processo di urbanizzazione ed il differente utilizzo del suolo verificatisi negli ultimi 20 anni. Le analisi sono inoltre condotte su scale territoriali differenti, permettendo così di creare un database georeferenziato multiscala, che sia di supporto allo studio di questo territorio. Il lavoro ha comportato la messa a punto di procedure specifiche e l’applicazione di numerosi e diversi metodi propri del Telerilevamento ottico. A completamento delle elaborazioni di inquadramento del territorio della Siria interna settentrionale, è stato anche realizzato un layer relativo alla sismicità dell’area, che come noto presenta storicamente una forte attività sismica, con la organizzazione in ambiente GIS dei dati relativi ai principali sistemi di faglia presenti nell’area.

Il ruolo dei Sirfidi nell'agricoltura sostenibile: analisi del potenziale delle specie afidifaghe nella lotta biologica conservativa

Scopo della presente ricerca era quello di approfondire il ruolo dei Sirfidi afidifagi ponendo particolare attenzione alle interazioni multitrofiche e all'effetto del paesaggio sul popolamento di Sirfidi. Larve e pupe di Sirfidi sono state monitorate in siti a diverso impatto antropico, in particolare in monocolture di mais e frumento ed in aree a maggiore diversità. La percentuale di parassitizzazione è risultata significativamente maggiore in aree a maggiore semplificazione, in particolare nei campi di mais. Anche la tipologia dei parassitoidi di Sirfidi è risultata diversa: mentre Pachyneuron (Encyrtidae) è il parassitoide chiave nel mais, in altri siti i Diplazontini (Ichneumonidae) sono risultati più frequenti. La distribuzione spaziale di Sirfidi ed altri predatori/parassitoidi afidifagi è stata analizzata in campi di mais e frumento dal 2007 al 2009. I pattern di distribuzione spaziale e temporale sembrano tali da impedire la sovrapposizione degli afidifagi favorendo una partizione di nicchia. Il popolamento di Sirfidi in un'area rurale caratterizzata da forte ricchezza in elementi di naturalità è stata analizzata per tre anni consecutivi, permettendo il ritrovamento di specie molto rare come Criorhina pachymera. Ai dati ottenuti è stato applicato Syrph the Net per la valutazione dello stato di conservazione del sito; è stata riscontrata una percentuale elevata di specie osservate ma non attese confermando come questo parametro può essere molto utile nella valutazione del paesaggio soprattutto in ambienti rurali. Infine Syrph the Net è stato applicato al popolamento di Sirfidi della provincia di Ferrara confermando l'utilità di questa tecnica per la valutazione della conservazione degli habitat anche in comprensori molto ampi.

Analisi e confronto di sistemi informatici per la programmazione operativa dei lavori: il caso del "People Mover" di Bologna

l’analiticità del metodo adottato ha permesso di ottenere una precisa e puntuale conoscenza del processo costruttivo, ottimo esempio per poter analizzare e confrontare i due programmi, Ms-Project 2007 e Primavera Project Planner P6.0, oggetto della presente trattazione; per comprendere quale software aiuta il Project Manager a gestire le complessità di un progetto per soddisfare i bisogni dei clienti, ad avere un controllo più stretto sulle strutture di progetto e sui suoi requisiti di rendicontazione, nonché la comprensione di tutto ciò che può ostacolare il corretto avanzamento del programma. Quale programma aiuta le aziende a pianificare e gestire sia i singoli progetti sia il programma complessivo, a implementare e monitorare i livelli di performance necessari e valutare agevolmente l’impatto delle modifiche di programma sui piani di lavoro, sui budget, sull’utilizzazione delle risorse. Un’efficace visione d’insieme dell’intero programma, combinata con la continua verifica delle metriche di produttività, consente ai program manager di mitigare proattivamente i rischi e ottenere come risultato il puntuale rispetto dei tempi e del budget.

My Place. Luoghi, viaggi, identità nei romanzi di Janet Frame

Il lavoro si propone un’analisi dell’elemento spaziale e del movimento per ricostruire lo spazio della cultura neozelandese e lo spazio letterario di Janet Frame. La tesi si concentra in particolar modo sui romanzi con alcune incursioni nella fiction breve e nell’autobiografia. Si sviluppa in quattro capitoli nella forma di un itinerario attraverso la fiction dell'autrice preceduto da un capitolo che offre alcune coordinate teoriche e metodologiche sul concetto di spazio e la sua percezione. In particolare, una prospettiva fenomenologica e esistenziale alla questione appare congeniale all'analisi delle opere dell'autrice. Nell'ordine, quattro spazi concettuali si aprono a partire dai romanzi: linguaggio, etica, trascendenza e arte. Essi costituiscono i nuclei tematici e strutturali attorno ai quali si raccolgono i romanzi di Janet Frame e che consentono di analizzare i luoghi descritti nelle opere proponendo però una riflessione che va oltre la rappresentazione dello spazio per aprirsi sul retroterra culturale, intellettuale e filosofico dell'autrice. Emerge così l'originalità della sua posizione rispetto all'identità culturale del suo paese e alla relazioni che legano la Nuova Zelanda alla metropoli inglese e agli altri Paesi anglosassoni.