Studio di un'infrastruttura di supporto al controllo e alla gestione della circolazione dei treni nelle stazioni

Il sistema ferroviario ha sempre ricoperto un ruolo rilevante nel nostro Paese sia per il trasporto di persone, sia per il trasporto di merci: risulta, quindi, essenziale per il commercio e per il turismo. A differenza della strada in cui i veicoli circolano “a vista”, una ferrovia richiede che i sistemi di distanziamento dei treni siano indipendenti dalla visibilità dei veicoli, poiché gli spazi di frenatura sono solitamente molto maggiori della distanza di visibilità stessa. Per questo motivo i sistemi di segnalamento e sicurezza ricoprono un ruolo di primo piano. Nel tempo sono stati effettuati ingenti investimenti che hanno portato all'impiego di nuove tecnologie le quali hanno permesso la progettazione di sistemi safety critical contenenti componenti informatici hardware e software. La caratteristica principale di tali sistemi è la proprietà di non arrecare danno alla vita umana o all'ambiente: tale proprietà viene comunemente associata al termine anglosassone safety per distinguerla dall’accezione di "protezione da violazioni all'integrità del sistema" che il termine "sicurezza" usualmente assume. Lo sviluppo economico e tecnologico a cui abbiamo assistito nell’ultimo ventennio ha inevitabilmente reso tali sistemi ancora più sofisticati e di conseguenza complessi, richiedendo allo stesso tempo requisiti e garanzie di buon funzionamento sempre più marcati ed articolati. È proprio a questi motivi che si devono gli studi su quella che viene definita la dependability dei sistemi di computazione, verso cui si concentrano e convogliano buona parte degli sforzi e delle risorse in fase di ricerca e progettazione. Il lavoro di tesi che segue è stato svolto in collaborazione con due grandi imprese del territorio nazionale: RFI (Reti Ferroviarie Italiane) e Sirti. Inizialmente abbiamo interagito con RFI per entrare nell’ambiente ferroviario ed assimilarne il lessico e i bisogni. All’interno di RFI è stato effettuato un tirocinio nel quale ci siamo occupati del “processo off-line” riguardante la gestione in sicurezza di una stazione; tale attività deve essere effettuata da RFI prima della messa in esercizio di una nuova stazione. Per far questo abbiamo dovuto utilizzare i programmi di preparazione dei dati messi a disposizione da Sirti. In un secondo momento abbiamo approfondito l’argomentazione della safety interfacciandoci con Sirti, una delle società che forniscono sistemi safety critical computerizzati per il controllo delle stazioni. In collaborazione con essa ci siamo addentrati nel loro sistema scoprendo le loro scelte implementative e come hanno raggiunto i loro obiettivi di safety. Infine, ci siamo occupati dell'inserimento nel sistema di una nuova funzionalità, per aumentarne l’affidabilità e la sicurezza, e delle problematiche relative all'impiego del componente che la realizza.

Aeroelastic stability of structures: flutter analysis using Computational Fluid Dynamics

Thanks to the increasing slenderness and lightness allowed by new construction techniques and materials, the effects of wind on structures became in the last decades a research field of great importance in Civil Engineering. Thanks to the advances in computers power, the numerical simulation of wind tunnel tests has became a valid complementary activity and an attractive alternative for the future. Due to its flexibility, during the last years, the computational approach gained importance with respect to the traditional experimental investigation. However, still today, the computational approach to fluid-structure interaction problems is not as widely adopted as it could be expected. The main reason for this lies in the difficulties encountered in the numerical simulation of the turbulent, unsteady flow conditions generally encountered around bluff bodies. This thesis aims at providing a guide to the numerical simulation of bridge deck aerodynamic and aeroelastic behaviour describing in detail the simulation strategies and setting guidelines useful for the interpretation of the results.

Shape memory and elastoplastic materials: from constitutive and numerical to fatigue modeling

Shape memory materials (SMMs) represent an important class of smart materials that have the ability to return from a deformed state to their original shape. Thanks to such a property, SMMs are utilized in a wide range of innovative applications. The increasing number of applications and the consequent involvement of industrial players in the field have motivated researchers to formulate constitutive models able to catch the complex behavior of these materials and to develop robust computational tools for design purposes. Such a research field is still under progress, especially in the prediction of shape memory polymer (SMP) behavior and of important effects characterizing shape memory alloy (SMA) applications. Moreover, the frequent use of shape memory and metallic materials in biomedical devices, particularly in cardiovascular stents, implanted in the human body and experiencing millions of in-vivo cycles by the blood pressure, clearly indicates the need for a deeper understanding of fatigue/fracture failure in microsize components. The development of reliable stent designs against fatigue is still an open subject in scientific literature. Motivated by the described framework, the thesis focuses on several research issues involving the advanced constitutive, numerical and fatigue modeling of elastoplastic and shape memory materials. Starting from the constitutive modeling, the thesis proposes to develop refined phenomenological models for reliable SMA and SMP behavior descriptions. Then, concerning the numerical modeling, the thesis proposes to implement the models into numerical software by developing implicit/explicit time-integration algorithms, to guarantee robust computational tools for practical purposes. The described modeling activities are completed by experimental investigations on SMA actuator springs and polyethylene polymers. Finally, regarding the fatigue modeling, the thesis proposes the introduction of a general computational approach for the fatigue-life assessment of a classical stent design, in order to exploit computer-based simulations to prevent failures and modify design, without testing numerous devices.

Re-ingegnerizzazione di un cogeneratore solare a concentrazione con lenti di Fresnel

Lo scopo della presente tesi è la riprogettazione di un cogeneratore solare a concetrazione. Dai test sul campo della precedente versione erano emerse criticità costruttive che pregiudicavano la prestazione dell'impianto. Dopo aver calcolato le forze agenti sul cogeneratore, si è andato a disegnare, dimensionare e produrre in officina la nuova versione del cogeneratore.

Modelling and analysis of thin-walled beams in the context of the Generalized Beam Theory

In this work, the Generalized Beam Theory (GBT) is used as the main tool to analyze the mechanics of thin-walled beams. After an introduction to the subject and a quick review of some of the most well-known approaches to describe the behaviour of thin-walled beams, a novel formulation of the GBT is presented. This formulation contains the classic shear-deformable GBT available in the literature and contributes an additional description of cross-section warping that is variable along the wall thickness besides along the wall midline. Shear deformation is introduced in such a way that the classical shear strain components of the Timoshenko beam theory are recovered exactly. According to the new kinematics proposed, a reviewed form of the cross-section analysis procedure is devised, based on a unique modal decomposition. Later, a procedure for a posteriori reconstruction of all the three-dimensional stress components in the finite element analysis of thin-walled beams using the GBT is presented. The reconstruction is simple and based on the use of three-dimensional equilibrium equations and of the RCP procedure. Finally, once the stress reconstruction procedure is presented, a study of several existing issues on the constitutive relations in the GBT is carried out. Specifically, a constitutive law based on mirroring the kinematic constraints of the GBT model into a specific stress field assumption is proposed. It is shown that this method is equally valid for isotropic and orthotropic beams and coincides with the conventional GBT approach available in the literature. Later on, an analogous procedure is presented for the case of laminated beams. Lastly, as a way to improve an inherently poor description of shear deformability in the GBT, the introduction of shear correction factors is proposed. Throughout this work, numerous examples are provided to determine the validity of all the proposed contributions to the field.

Il nuovo centro sportivo di Mirandola come luogo di rinascita dopo il terremoto

Il progetto per il nuovo centro sportivo di Mirandola nasce prima di tutto dalla volontà di dare alla città un nuovo fronte e un nuovo ingresso. Lo studio generale del masterplan della città, prevede la creazione di tre grandi assi. Il primo a creare un mercato a cielo aperto lungo l’esistente parco, attraverso piccoli padiglioni dislocati lungo il percorso pedonale; il secondo che si sviluppa lungo il grande asse storico con l’accesso diretto al centro storico; il terzo, perpendicolare rispetto agli altri, che attraversa Mirandola da est a ovest e infine l’ultimo asse che dalle mura storiche arriva fino all’accesso principale del nuovo campo sportivo passando per l’ospedale. Partendo da questa idea quindi, si può subito notare come questo nuovo spazio vuole essere un collante tra il centro storico e la campagna, cosi importante in questa zona. Il nuovo centro sportivo vuole rivalorizzare un’area di Mirandola ora priva di servizi. Gli edifici si sviluppano li dove era già presente un campo da calcio. La prima scelta è stata quella di creare una struttura che non si imponesse troppo sul nuovo fronte e quindi sulla nuova arteria, per questo è stato scelto di interrare di quattro metri i campi da gioco. Il centro sportivo cosi facendo non si eleva troppo e l’unico elemento che supera i cinque metri è la copertura delle tribune. La struttura del campo sportivo è circondata dal verde, in modo da creare, come è stato fatto in grande scala per il masterplan generale, un filtro che potesse separare ma anche aprirsi al resto della città e della campagna. Oltre al grande spazio interrato dedicato allo sport è presente anche un’altra zona verde, in parte interrata, che rappresenta una arena a cielo aperto. L’arena è fornita di un’ampia tributa e di una rampa verde che svetta di due metri dal livello del terreno. L’arena è stata progettata per permettere a questo spazio di non essere solo un luogo adibito allo sport ma anche un luogo di incontri dove si possano fare concerti altre attività culturali o semplicemente come un’area verde di incontro. Proprio questo spazio movimenta ancora di più il fronte stradale, grazie anche all’aiuto dell’alberatura. Un altro asse fondamentale è il grande percorso pedonale perpendicolare agli altri tre percorsi verdi che si sviluppa accanto alla nuova infrastruttura. Esso parte proprio dall’accesso principale al campo sportivo fino a collegarsi con il grande parco/mercato. Al di la della strada il percorso viene arricchito con alcuni setti formati dai resti del terremoto e inglobati nel verde cosi da schermare gli edifici che a breve si affacceranno sulla grande arteria stradale.

Behaviour and applications of elastic waves in structures and metamaterials

The present thesis focuses on elastic waves behaviour in ordinary structures as well as in acousto-elastic metamaterials via numerical and experimental applications. After a brief introduction on the behaviour of elastic guided waves in the framework of non-destructive evaluation (NDE) and structural health monitoring (SHM) and on the study of elastic waves propagation in acousto-elastic metamaterials, dispersion curves for thin-walled beams and arbitrary cross-section waveguides are extracted via Semi-Analytical Finite Element (SAFE) methods. Thus, a novel strategy tackling signal dispersion to locate defects in irregular waveguides is proposed and numerically validated. Finally, a time-reversal and laser-vibrometry based procedure for impact location is numerically and experimentally tested. In the second part, an introduction and a brief review of the basic definitions necessary to describe acousto-elastic metamaterials is provided. A numerical approach to extract dispersion properties in such structures is highlighted. Afterwards, solid-solid and solid-fluid phononic systems are discussed via numerical applications. In particular, band structures and transmission power spectra are predicted for 1P-2D, 2P-2D and 2P-3D phononic systems. In addition, attenuation bands in the ultrasonic as well as in the sonic frequency regimes are experimentally investigated. In the experimental validation, PZTs in a pitch-catch configuration and laser vibrometric measurements are performed on a PVC phononic plate in the ultrasonic frequency range and sound insulation index is computed for a 2P-3D phononic barrier in the sonic frequency range. In both cases the numerical-experimental results comparison confirms the existence of the numerical predicted band-gaps. Finally, the feasibility of an innovative passive isolation strategy based on giant elastic metamaterials is numerically proved to be practical for civil structures. In particular, attenuation of seismic waves is demonstrated via finite elements analyses. Further, a parametric study shows that depending on the soil properties, such an earthquake-proof barrier could lead to significant reduction of the superstructure displacement.

La ricomposizione dell'isola dopo il terremoto. L'incontro tra antico e contemporaneo nel castello di Pico Della Mirandola

La presente tesi si pone come obiettivo quello di risolvere una delle criticità riscontrabili nel centro storico della città di Mirandola, cioè la ridefinizione dell’isola del castello dei Pico. Grazie all’analisi storica sull’evoluzione planimetrica dell’isola ho potuto concepire le linee guida per la ricomposizione della cittadella del castello. Vengono riproposti l’asse principale trasversale che attraversava l’isola da Est a Ovest e le due piazze che si accorpano ad esso. Viene inoltre prevista una espansione del complesso del castello, facendo attenzione a richiamarne la forma e la volumetria, mantenendo l’idea di un impianto a corti. Un altro aspetto fondamentale è l’attenzione al dialogo tra le preesistenze e i nuovi edifici di progetto, che presentano in facciata una seriale ritmicità. Viene colta l’occasione di riconfigurazione dell’isola anche per soddisfare quelle che sono le richieste della popolazione, quindi all’interno vengono inserite funzioni quali un nuovo museo d’arte contemporanea, la nuova sede della scuola di musica “Andreoli”, la nuova sede dell’associazione “Terre dei Pico”, dei padiglioni per piccole esposizioni temporanee e un complesso di residenze temporanee collettive. Questo progetto vuole fornire al centro storico di Mirandola un nuovo polo in cui i giovani, ma anche la restante popolazione di Mirandola, si possano ritrovare e rispecchiare dopo la distruzione portata dall’evento del terremoto.

Museo nazionale di Ravenna: Memoria e narrazione della citta riorganizzazione ed allestimento di un palinsesto urbano

L’obiettivo principale del progetto è di fare assumere al Museo Nazionale di Ravenna un ruolo attivo nella narrazione della storia della città. Questo era l’intento dei suoi fondatori, ma la vocazione iniziale si è indebolita nel tempo con l’aggiunta di collezioni piuttosto eterogenee, che oggi assumono un’importanza quasi paritaria a quella dei numerosi pezzi provenienti da edifici ravennati, in gran parte bizantini. Il Museo è ospitato nell’ex Monastero benedettino di San Vitale, che, oltre al Museo, accoglie la sede della Soprintendenza, l’Archivio di stato e vari laboratori. Il primo passo è dunque una nuova suddivisione di queste attività e una riprogettazione degli spazi aperti che circondano l’edificio, mirando, inoltre, ad una migliore lettura della stratificazione del complesso. Cuore del progetto sono la realizzazione di alcuni nuovi volumi (quali la hall, le addizioni per il lapidario e una sala per le mostre temporanee), l’aggiunta e la risistemazione dei servizi (accoglienza dei visitatori, archivi, laboratori), la revisione del percorso museale ed, infine, un sistema allestitivo modulare che possa adattarsi alle diverse necessità di un museo di queste dimensioni.

Experimental assessment of environmental decay effects in masonry via non destructive diagnostic techniques and mechanical tests

Environmental decay in porous masonry materials, such as brick and mortar, is a widespread problem concerning both new and historic masonry structures. The decay mechanisms are quite complex dependng upon several interconnected parameters and from the interaction with the specific micro-climate. Materials undergo aesthetical and substantial changes in character but while many studies have been carried out, the mechanical aspect has been largely understudied while it bears true importance from the structural viewpoint. A quantitative assessment of the masonry material degradation and how it affects the load-bearing capacity of masonry structures appears missing. The research work carried out, limiting the attention to brick masonry addresses this issue through an experimental laboratory approach via different integrated testing procedures, both non-destructive and mechanical, together with monitoring methods. Attention was focused on transport of moisture and salts and on the damaging effects caused by the crystallization of two different salts, sodium chloride and sodium sulphate. Many series of masonry specimens, very different in size and purposes were used to track the damage process since its beginning and to monitor its evolution over a number of years Athe same time suitable testing techniques, non-destructive, mini-invasive, analytical, of monitoring, were validated for these purposes. The specimens were exposed to different aggressive agents (in terms of type of salt, of brine concentration, of artificial vs. open-air natural ageing, …), tested by different means (qualitative vs. quantitative, non destructive vs. mechanical testing, punctual vs. wide areas, …), and had different size (1-, 2-, 3-header thick walls, full-scale walls vs. small size specimens, brick columns and triplets vs. small walls, masonry specimens vs. single units of brick and mortar prisms, …). Different advanced testing methods and novel monitoring techniques were applied in an integrated holistic approach, for quantitative assessment of masonry health state.

Development of An Energy Modeling Approach to Analyse Historical Building Performance

In the last years the attentions on the energy efficiency on historical buildings grows, as different research project took place across Europe. The attention on combining, the need of the preservation of the buildings, their value and their characteristic, with the need of the reduction of energy consumption and the improvements of indoor comfort condition, stimulate the discussion of two points of view that are usually in contradiction, buildings engineer and Conservation Institution. The results are surprising because a common field is growing while remains the need of balancing the respective exigencies. From these experience results clear that many questions should be answered also from the building physicist regarding the correct assessment: on the energy consumption of this class of buildings, on the effectiveness of the measures that could be adopted, and much more. This thesis gives a contribution to answer to these questions developing a procedure to analyse the historic building. The procedure gives a guideline of the energy audit for the historical building considering the experimental activities to dial with the uncertainty of the estimation of the energy balance. It offers a procedure to simulate the energy balance of building with a validated dynamic model considering also a calibration procedure to increase the accuracy of the model. An approach of design of energy efficiency measures through an optimization that consider different aspect is also presented. All the process is applied to a real case study to give to the reader a practical understanding.

Proof theory of quantified modal logics

We introduce labelled sequent calculi for indexed modal logics. We prove that the structural rules of weakening and contraction are height-preserving admissible, that all rules are invertible, and that cut is admissible. Then we prove that each calculus introduced is sound and complete with respect to the appropriate class of transition frames.

Progetto di una macchina bicchieratrice con movimentazione mediante attuatori elettromeccanici

Questa tesi è nata all'interno dell'ufficio tecnico di I.P.M. Engineering, dove ho potuto analizzare le diverse fasi del processo di formatura dei tubi plastici. I tubi di materiale plastico già da molti anni vengono utilizzati in moltissimi campi, come ad esempio l’edilizia; questo comporta la nascita di linee automatiche in grado di produrre una grande quantità di tubi. Per portare il tubo dal luogo di produzione a quello di utilizzo si è reso necessario il taglio dei tubi e per realizzare reti per il trasporto di gas, liquidi o cavi, si è rivelata fondamentale la nascita del “bicchiere”, una svasatura che consente di collegare due spezzoni tra loro. Nel mio lavoro di tesi sono partito analizzando le varie fasi del processo produttivo dei tubi in materiale plastico e poi mi sono focalizzato sul processo di bicchieratura, che è un processo fondamentale e molto delicato. In seguito all’analisi della bicchieratrice standard, ho studiato una soluzione innovativa, eliminando l’impianto oleodinamico, in modo da renderla più prestazionale, più solida e diminuire i costi di manutenzione. È stato eseguito uno studio della nuova struttura adattata per poter inserire la nuova componentistica. La tipologia di macchina scelta produce tubi di diametro 250 mm, dimensioni intermedie nella gamma prodotta da I.P.M., perché è quella più significativa dal punto di vista della adattabilità. Il nuovo metodo di movimentazione elettromeccanico potrà poi essere utilizzato anche nelle altre macchine di taglia diversa.

Il principio di consensualita' e la tutela dell'interesse pubblico nel governo del territorio. Un'analisi comparata

La tesi di dottorato ha ad oggetto il principio di consensualità nell’agere amministrativo, inteso quale principio generale dell’ordinamento, che regola un’azione della Pubblica amministrazione di necessità funzionalizzata al perseguimento dell’interesse pubblico. E’ pertanto sull’oscillazione problematica tra un rapporto duale e dicotomico, che ricorre tra la dimensione bilaterale dell’uso di moduli negoziali pubblico-privati aventi ad oggetto l’esercizio del potere pubblico, e la prospettiva generale e collettiva che sottintende la cura dell’interesse pubblico, che si riflette nell’elaborato. Materia di studio prescelta è, poi, il governo del territorio, settore dell’ordinamento ove più diffusamente si concludono accordi amministrativi tra Pubblica amministrazione e privati. In particolare, l’analisi è rivolta allo studio delle tanto nuove quanto problematiche fattispecie denominate accordi “a monte” delle prescrizioni urbanistiche, che rappresentano l’espressione più alta, al momento, del principio di consensualità. I problemi di ammissibilità giuridica posti da una parte della dottrina hanno richiesto una ricerca di un possibile fondamento positivo espresso per gli accordi “a monte”, anche al fine di mettere al riparo le leggi regionali che li disciplinano, da eventuali dubbi di legittimità costituzionale. Tale ricerca è stata condotta anche attraverso l’ausilio del diritto comparato. E’ così, stato possibile riscontrare anzitutto l’esistenza del principio di consensualità in un numero considerevole di Paesi, salve alcune eccezioni, alla cui analisi è stato dedicato ampio spazio di trattazione (in particolare, la Francia). Per altro verso, le analoghe esperienze giuridiche provenienti da altri Stati europei (in particolare, la Spagna) sono state d’ausilio per la finale elaborazione di un possibile modello di procedimento per la conclusione degli accordi “a monte”; mentre la constatazione di comuni giustificazioni dottrinali ha permesso l’elaborazione di una nuova possibile natura giuridica da riconoscere agli accordi in parola (accordi normativi) e la definizione di precise ricadute pratiche e giuridiche quanto al rapporto.

Timing attack di Paul C. Kocher: attacco al sistema di sicurezza RSA mediante strumenti di statistica

In questa tesi ho voluto descrivere il Timing Attack al sistema crittografico RSA, il suo funzionamento, la teoria su cui si basa, i suoi punti di forza e i punti deboli. Questo particolare tipo di attacco informatico fu presentato per la prima volta da Paul C. Kocher nel 1996 all’“RSA Data Security and CRYPTO conferences”. Nel suo articolo “Timing Attacks on Implementations of Diffie-Hellman, RSA, DSS, and Other Systems” l’autore svela una nuova possibile falla nel sistema RSA, che non dipende da debolezze del crittosistema puramente matematiche, ma da un aspetto su cui nessuno prima di allora si era mai soffermato: il tempo di esecuzione delle operazioni crittografiche. Il concetto è tanto semplice quanto geniale: ogni operazione in un computer ha una certa durata. Le variazioni dei tempi impiegati per svolgere le operazioni dal computer infatti, necessariamente dipendono dal tipo di algoritmo e quindi dalle chiavi private e dal particolare input che si è fornito. In questo modo, misurando le variazioni di tempo e usando solamente strumenti statistici, Kocher mostra che è possibile ottenere informazioni sull’implementazione del crittosistema e quindi forzare RSA e altri sistemi di sicurezza, senza neppure andare a toccare l’aspetto matematico dell’algoritmo. Di centrale importanza per questa teoria diventa quindi la statistica. Questo perché entrano in gioco molte variabili che possono influire sul tempo di calcolo nella fase di decifrazione: - La progettazione del sistema crittografico - Quanto impiega la CPU ad eseguire il processo - L’algoritmo utilizzato e il tipo di implementazione - La precisione delle misurazioni - Ecc. Per avere più possibilità di successo nell’attaccare il sistema occorre quindi fare prove ripetute utilizzando la stessa chiave e input differenti per effettuare analisi di correlazione statistica delle informazioni di temporizzazione, fino al punto di recuperare completamente la chiave privata. Ecco cosa asserisce Kocher: “Against a vulnerable system, the attack is computationally inexpensive and often requires only known ciphertext.”, cioè, contro sistemi vulnerabili, l’attacco è computazionalmente poco costoso e spesso richiede solo di conoscere testi cifrati e di ottenere i tempi necessari per la loro decifrazione.