Sviluppo e applicazione di nuovi criteri per la verifica a fatica multiassiale di componenti strutturali in leghe di acciaio e alluminio

La presente Tesi ha per oggetto lo sviluppo e la validazione di nuovi criteri per la verifica a fatica multiassiale di componenti strutturali metallici . In particolare, i nuovi criteri formulati risultano applicabili a componenti metallici, soggetti ad un’ampia gamma di configurazioni di carico: carichi multiassiali variabili nel tempo, in modo ciclico e random, per alto e basso/medio numero di cicli di carico. Tali criteri costituiscono un utile strumento nell’ambito della valutazione della resistenza/vita a fatica di elementi strutturali metallici, essendo di semplice implementazione, e richiedendo tempi di calcolo piuttosto modesti. Nel primo Capitolo vengono presentate le problematiche relative alla fatica multiassiale, introducendo alcuni aspetti teorici utili a descrivere il meccanismo di danneggiamento a fatica (propagazione della fessura e frattura finale) di componenti strutturali metallici soggetti a carichi variabili nel tempo. Vengono poi presentati i diversi approcci disponibili in letteratura per la verifica a fatica multiassiale di tali componenti, con particolare attenzione all'approccio del piano critico. Infine, vengono definite le grandezze ingegneristiche correlate al piano critico, utilizzate nella progettazione a fatica in presenza di carichi multiassiali ciclici per alto e basso/medio numero di cicli di carico. Il secondo Capitolo è dedicato allo sviluppo di un nuovo criterio per la valutazione della resistenza a fatica di elementi strutturali metallici soggetti a carichi multiassiali ciclici e alto numero di cicli. Il criterio risulta basato sull'approccio del piano critico ed è formulato in termini di tensioni. Lo sviluppo del criterio viene affrontato intervenendo in modo significativo su una precedente formulazione proposta da Carpinteri e collaboratori nel 2011. In particolare, il primo intervento riguarda la determinazione della giacitura del piano critico: nuove espressioni dell'angolo che lega la giacitura del piano critico a quella del piano di frattura vengono implementate nell'algoritmo del criterio. Il secondo intervento è relativo alla definizione dell'ampiezza della tensione tangenziale e un nuovo metodo, noto come Prismatic Hull (PH) method (di Araújo e collaboratori), viene implementato nell'algoritmo. L'affidabilità del criterio viene poi verificata impiegando numerosi dati di prove sperimentali disponibili in letteratura. Nel terzo Capitolo viene proposto un criterio di nuova formulazione per la valutazione della vita a fatica di elementi strutturali metallici soggetti a carichi multiassiali ciclici e basso/medio numero di cicli. Il criterio risulta basato sull'approccio del piano critico, ed è formulato in termini di deformazioni. In particolare, la formulazione proposta trae spunto, come impostazione generale, dal criterio di fatica multiassiale in regime di alto numero di cicli discusso nel secondo Capitolo. Poiché in presenza di deformazioni plastiche significative (come quelle caratterizzanti la fatica per basso/medio numero di cicli di carico) è necessario conoscere il valore del coefficiente efficace di Poisson del materiale, vengono impiegate tre differenti strategie. In particolare, tale coefficiente viene calcolato sia per via analitica, che per via numerica, che impiegando un valore costante frequentemente adottato in letteratura. Successivamente, per validarne l'affidabilità vengono impiegati numerosi dati di prove sperimentali disponibili in letteratura; i risultati numerici sono ottenuti al variare del valore del coefficiente efficace di Poisson. Inoltre, al fine di considerare i significativi gradienti tensionali che si verificano in presenza di discontinuità geometriche, come gli intagli, il criterio viene anche esteso al caso dei componenti strutturali intagliati. Il criterio, riformulato implementando il concetto del volume di controllo proposto da Lazzarin e collaboratori, viene utilizzato per stimare la vita a fatica di provini con un severo intaglio a V, realizzati in lega di titanio grado 5. Il quarto Capitolo è rivolto allo sviluppo di un nuovo criterio per la valutazione del danno a fatica di elementi strutturali metallici soggetti a carichi multiassiali random e alto numero di cicli. Il criterio risulta basato sull'approccio del piano critico ed è formulato nel dominio della frequenza. Lo sviluppo del criterio viene affrontato intervenendo in modo significativo su una precedente formulazione proposta da Carpinteri e collaboratori nel 2014. In particolare, l’intervento riguarda la determinazione della giacitura del piano critico, e nuove espressioni dell'angolo che lega la giacitura del piano critico con quella del piano di frattura vengono implementate nell'algoritmo del criterio. Infine, l’affidabilità del criterio viene verificata impiegando numerosi dati di prove sperimentali disponibili in letteratura.

A proposito di Crittografia a chiave asimmetrica e numeri primi: tecniche note e proposta di un nuovo test di primalità euristico e deterministico

Con questa tesi verrà spiegata l'intrinseca connessione tra la matematica della teoria dei numeri e l'affidabilità e sicurezza dei crittosistemi asimmetrici moderni. I principali argomenti trattati saranno la crittografia a chiave pubblica ed il problema della verifica della primalità. Nei primi capitoli si capirà cosa vuol dire crittografia e qual è la differenza tra asimmetria e simmetria delle chiavi. Successivamente verrà fatta maggiore luce sugli utilizzi della crittografia asimmetrica, mostrando tecniche per: comunicare in modo confidenziale, scambiare in modo sicuro chiavi private su un canale insicuro, firmare messaggi, certificare identità e chiavi pubbliche. La tesi proseguirà con la spiegazione di quale sia la natura dei problemi alla base della sicurezza dei crittosistemi asimmetrici oggigiorno più diffusi, illustrando brevemente le novità introdotte dall'avvento dei calcolatori quantistici e dimostrando l'importanza che riveste in questo contesto il problema della verifica della primalità. Per concludere verrà fatta una panoramica di quali sono i test di primalità più efficienti ed efficaci allo stato dell'arte, presentando una nuova tecnica per migliorare l'affidabilità del test di Fermat mediante un nuovo algoritmo deterministico per fattorizzare gli pseudoprimi di Carmichael, euristicamente in tempo O~( log^3{n}), poi modificato sfruttando alcune proprietà del test di Miller per ottenere un nuovo test di primalità deterministico ed euristico con complessità O~( log^2{n} ) e la cui probabilità di errore tende a 0 con n che tende ad infinito.

Studio e prototipazione di un'architettura software di alto livello per lo sviluppo di applicazioni di mixed reality su piattaforma HoloLens

La tesi si pone come obiettivo quello di realizzare un'architettura di alto livello per lo sviluppo di applicazioni dirette alla piattaforma HoloLens. Per conseguire tale risultato si è rivelata necessaria una prima parte di studio dei concetti di mixed reality, con riferimento particolare al caso specifico HoloLens, per poi dirigere l'attenzione alla comprensione dell'architettura di applicazioni olografiche. L'analisi delle API rilasciate per lo sviluppo di applicazioni HoloLens ha permesso di riscontrare varie criticità, alle quali si è posto rimedio tramite l'introduzione di un livello di astrazione, che possa consentire uno sviluppo di applicazioni ad un livello più alto. Si è poi introdotto il concetto di augmented worlds (mondi aumentati), i cui principi cardine hanno fornito le basi per la progettazione e lo sviluppo di un sistema client-server, nel quale il dispositivo HoloLens agisce come un client e la logica di controllo degli elementi del modello dell'applicazione viene gestita lato server.

Studio di un sistema di comunicazione ad alimentazione risonante wireless.

L'elaborato tratta della progettazione di un sistema di alimentazione wireless risonante per i nodi sensori, strumenti fondamentali per il controllo delle strutture(Structural Health Monitoring). Esso si concentra sulla realizzazione di un convertitore flyback risonante (con circuito di snubber incluso per il main switch) in grado di fornire una tensione di 5 Volt in uscita a fronte di una corrente media massima sul carico di 800mA data una tensione di 12 volt in ingresso. Dopo aver introdotto il concetto di Wireless Power Transfer (WPT) e i principi fisici su cui esso poggia (induzione elettromagnetica e risonanza elettromagnetica), si presentano i modelli circuitali più utilizzati in questo ambito. Una volta illustrate le conoscenze allo stato dell'arte dell'accoppiamento induttivo risonante, si analizza il comportamento del modello scelto, al fine di evidenziare i vantaggi dell'utilizzo del circuito alla frequenza di risonanza. Sono state effettuate simulazioni con il simulatore LTspice come controprova. Si passa quindi a dimensionare i vari elementi del circuito a fronte delle specifiche stabilite. Grazie ai risultati ottenuti, si procede alla stesura del Bill Of Materials. La tesi si conclude presentando i possibili campi di ricerca e sviluppo del sistema di alimentazione.

Studio dell'autofagia come meccanismo patogenetico della Neuropatia Ottica Ereditaria di Leber

Questo elaborato di tesi presenta uno studio volto a identificare il ruolo dell’autofagia nella patogenesi della neuropatia ottica ereditaria di Leber (LHON), una patologia neurodegenerativa mitocondriale dovuta a mutazioni nel mtDNA. Tali mutazioni generano difetti nella catena respiratoria, nelle vie apoptotiche mediate dai mitocondri e nella produzione di ROS; dati preliminari hanno dimostrato una correlazione tra le mutazioni LHON e l’omeostasi mitocondriale, regolata dai processi contrapposti di autofagia e mitobiogenesi. Secondo questa ipotesi, le alterazioni LHON aumentano il flusso autofagico soprattutto negli individui affetti, mentre i portatori di mutazione sani (carrier) risultano protetti da un importante incremento nella mitobiogenesi che agisce da meccanismo compensatorio. È stata dunque caratterizzata tramite Western Blotting l’espressione proteica di due marker autofagici, LC3 e p62, in PBMCs (Peripheral Blood Mononuclear Cells) estratte da pazienti LHON, affetti e carrier, e individui di controllo. Sono stati inoltre quantificati i livelli cellulari di due proteine della membrana interna mitocondriale, COX IV e SDHA, al fine di valutare la massa mitocondriale come parametro di confronto rispetto ai livelli di autofagia. È stata infine analizzata l’influenza dell’idebenone sull’autofagia e sulla massa mitocondriale, confrontando pazienti affetti in terapia con questo farmaco e pazienti affetti non trattati. Lo studio ha in parte avvalorato i risultati preliminari; l’elevata variabilità riscontrata porta però all’esigenza, nelle analisi future, di una maggiore campionatura, nonché di indagini di diversa natura condotte in parallelo per validare i risultati.

Tecniche di ricarica artificiale delle falde

L’obiettivo della presente tesi è analizzare le varie tecniche di ricarica artificiale delle falde. Tali tecniche vengono applicate, ove non è possibile la ricarica naturale, con lo scopo di evitare il depauperamento delle falde e garantire una adeguata disponibilità della risorsa idrica. Nella prima parte dell’elaborato vengono esaminate le normative vigenti in materia di gestione e controllo delle acque, concentrando l'attenzione sulle acque sotterranee. A livello nazionale vige il Decreto Legislativo 3 aprile 2006, n.152: Norme in materia ambientale, mentre a livello europeo vige la Direttiva 2000/60/CE del Parlamento Europeo e del Consiglio del 23 Ottobre 2000. La seconda parte tratta la distinzione tra le diverse tecniche di ricarica artificiale applicabili, evidenziando gli aspetti legati alle interventi di tipo diretto, quali le tecniche di ricarica diretta superficiali, sotterranee composte, e alle tecniche indirette, quali la modifica del flusso dell’acquifero e l’alimentazione superficiale indotta. La terza ed ultima parte conclude l’analisi descrivendo alcuni casi significativi a livello nazionale ed internazionale, esaminando in particolare il progetto AQUOR (LIFE 2010 ENV/IT/380).

Analisi e caratterizzazione dei materiali di rinforzo nelle sovrastrutture stradali

Nel presente elaborato è stato studiato l'effetto prodotto dall'inserimento di interstrati di rinforzo tra strati legati di una pavimentazione. Si è realizzato un confronto tra due pavimentazioni, una rinforzata e l'altra di controllo, mediante il software di calcolo OLCRACK, aventi le medesime caratteristiche geometriche e gli stessi materiali. In questo modo è stato possibile osservare l'effetto della griglia di rinforzo nel contrastare e ritardare il fenomeno del reflective cracking. Parallelamente è stata effettuata un'indagine sperimentale in laboratorio su travetti bi-strato rinforzati con due tipologie differenti di griglie. I risultati hanno evidenziato l'importanza del ricoprimento sulla griglia, poiché i travetti più spessi hanno dato una risposta migliore alla vita a fatica. In più è stata osservata l'importanza della resistenza a trazione della griglia nell'incremento dei cicli a rottura dei provini.

Inquinamento diffuso da nitrati di origine agricola e strategie di mitigazione per la salvaguardia delle acque sotterranee

Lo scopo di questo elaborato è quello di illustrare le possibili opzioni di mitigazione per far fronte alla problematica dell’inquinamento diffuso delle acque derivato dal rilascio di nitrati di origine prevalentemente agricola. Le opzioni di mitigazione sono necessarie ad evitare il deterioramento sia sotto il profilo qualitativo che quantitativo. Nel primo capitolo vengono presentate le normative di riferimento sia a livello Europeo che a livello Nazionale. A livello Europeo viene esaminata la Direttiva 91/676/CEE “Direttiva sui nitrati”, la Direttiva 75/440/CEE per la qualità delle acque e la Direttiva 2000/60/CEE “Direttiva quadro sulle acque”. A livello Nazionale la Direttiva 2000/60/CE è stata recepita con l’emanazione del Decreto Legislativo 152/2006. Nel secondo capitolo viene presentata una panoramica sulle possibili opzioni di mitigazione per ridurre la quantità di nitrati presenti nelle acque sotterranee e superficiali, provenienti dall’attività agricola. Queste opzioni vengono suddivise in base all’ambito in cui è possibile intervenire per migliorare la qualità dell’acqua e dell’ecosistema.

Ottimizzazione e progettazione di un sistema di cogenerazione statica di energia elettrica tramite celle ad effetto Seebeck

La presente trattazione descrive l’ottimizzazione del prototipo di un generatore termoelettrico da integrare in caldaie a biomassa. La tecnologia termoelettrica consente di generare potenza elettrica a partire da un flusso di calore. Sebbene tale tecnologia presenti caratteristiche di elevata affidabilità e silenziosità, essa richiede ulteriori sforzi tecnologici nella ricerca dell’integrazione ottimale con un impianto termico, ed è inoltre necessaria una progettazione accurata dell’elettronica di controllo. Nella prima sezione del testo vengono descritti i principi fisici alla base di questa tecnologia e le tecniche per la conversione della potenza generata dai moduli termoelettrici (o ad effetto Seebeck) al fine di renderla fruibile da una tipica utenza domestica. Nel secondo capitolo si riporta lo stato dell’arte dell’applicazione della tecnologia termoelettrica in caldaie a biomassa e alcuni casi di implementazione recenti, sottolineando le configurazioni utilizzate, i principali problemi riscontrati nello sviluppo e nella sperimentazione, e le modifiche conseguentemente adottate per superarli. Il terzo capitolo analizza il prototipo sviluppato presso il Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università di Bologna e descrive il processo di dimensionamento dei componenti meccanici e le proposte di ottimizzazione a seguito dei risultati dei primi collaudi. Viene infine sviluppato un modello matematico per confrontare, in funzione dei costi di produzione e di esercizio, le possibilità di sostituzione dei metodi di generazione di energia elettrica convenzionali con l’impianto di cogenerazione termoelettrica realizzato, considerando anche aspetti di impatto ambientale. Tali analisi e ottimizzazioni consistono in un primo miglioramento necessario a rendere la tecnologia termoelettrica applicabile alle caldaie a biomassa stand-alone e a permettere una generazione continua di energia elettrica nelle regioni in cui le infrastrutture sono poco affidabili.

Studio dell'effetto di Hump in un motore a solido in piccola scala con metodi di produzione di punzonatura e colaggio

L’oggetto di questo elaborato riguarda lo studio prestazionale di un Solid Rocket Motor mediante l’introduzione del fattore di “Hump”, che va a compensare il discostamento tra il profilo delle pressioni sperimentali e teoriche, cercando di legare tali variazioni a spiegazioni fisiche. In particolare andremo ad investigare, all’interno di due differenti tipologie di colata, quale sia l’effetto predominante all’interno del propellente che genera proprio tali discostamenti della pressione, e quindi della spinta, rispetto alla condizione ideale. Nell’elaborato verranno anzitutto presentate le diverse tipologie di propulsori, i loro singoli componenti, i parametri fondamentali che regolano la meccanica di questa tipologia di motori, le tipologie di grain esistenti e le loro caratteristiche. Successivamente descriveremo le BARIA (Bomb ARIAne), usate per i test del grain nella ditta AVIO s.p.a., e le tipologie di riempimento di questo motore, investigando i fenomeni fisici a cui sarà legato l’effetto di “Hump”. In seguito si descriverà il fattore di “Hump”, evidenziando, per le differenti tipologie di riempimento, i fenomeni fisici a cui sarà legato il discostamento tra le pressioni sperimentali e teoriche. Verranno poi descritti i programmi utilizzati, gli script in Matlab prodotti, al fine di ottenere le mappe relative all’orientazione ed alla concentrazione delle particelle, da introdurre nel simulatore. Infine verranno esposti i risultati ottenuti e confrontati con i dati sperimentali forniti dalla ditta AVIO s.p.a., le conclusioni e gli sviluppi futuri.

Realizzazione di un dispositivo elettromeccanico per la simulazione e per la ricerca di una soluzione stabile del sistema dinamico del pendolo inverso

Obiettivo della tesi è la realizzazione di un dispositivo in grado di riprodurre il sistema del pendolo inverso e di trovare soluzioni vicine alla posizione di equilibrio stabile. Verranno ricavate le equazioni del moto che descrivono il sistema attraverso la meccanica Lagrangiana. Una volta integrate numericamente le equazioni, si procederà con la ricerca di una funzione di controllo per mantenere in equilibrio il sistema: l'efficacia della soluzione verrà valutata graficamente, senza approfondire l'approccio proveniente dalla teoria del controllo che ne è alla base. Infine il sistema verrà realizzato praticamente ed utilizzeremo le stesse funzioni studiate in precedenza.

Caratterizzazione della popolazione microbica di salami fermentati spontaneamente

Le fermentazioni spontanee nei salami sono un fenomeno molto complesso in cui si assiste ad una successione di diverse popolazioni microbiche (micrococchi, stafilococchi e batteri lattici), avente ognuna un ruolo importante nell’ottenimento delle qualità desiderate del prodotto finale. Questo susseguirsi vorticoso di popolazioni microbiche nelle fermentazioni spontanee viene ormai regolamentato dall’uso di colture starter che, aggiunte in quantità idonee immediatamente prima dell’insaccamento, contribuiscono in maniera essenziale ad un rapido, corretto (e soprattutto sicuro) processo di fermentazione prima e di disidratazione poi. Poiché però l’impiego di starter segue spesso protocolli indifferenziati, è importante la selezione di colture starter “taylor made”, in grado di differenziare i prodotti in maniera riconoscibile con l’apporto di specifici tratti organolettici e sensoriali. Dunque, con questo elaborato di tesi si è voluto procedere alla raccolta di potenziali colture starter provenienti da diversi salami della tradizione mediterranea (salame di tipo bresciano, romagnolo e lucano), fermentati spontaneamente. Questi prodotti sono stati dapprima caratterizzati per quanto riguarda le loro caratteristiche microbiologiche, chimico-fisiche, profilo aromatico e il loro contenuto in ammine biogene. Successivamente, in particolare per il salame di tipo bresciano, sono stati isolati ceppi di interesse dalla popolazione lattica, poi identificati e testati per alcune caratteristiche di interesse tecnologico (capacità di produrre ammine biogene e profilo aromatico). I ceppi riscontrati, appartenenti alle specie Lactobacillus sakei e Lactobacillus curvatus, hanno mostrato una notevole biodiversità, soprattutto per quanto riguarda la produzione di molecole aromatiche, e quindi una notevole capacità, anche nell’ambito della stessa specie, di modulare la produzione di composti molto importanti dal punto di vista organolettico.

Valutazione della contaminazione microbica di banconote raccolte in diversi esercizi commerciali e alcuni bancomat

Lo scopo del mio elaborato è stato quello di valutare se il denaro potesse essere un veicolo di trasmissione di microrganismi. Esistono infatti reperti storici che indicano che il denaro veniva visto come probabile portatore di infezioni fatali come la “morte nera”, la peste bubbonica e le pandemie di polmoniti descritte in Europa. Vi sono anche altri studi che hanno indicato come patogeni isolati con maggiore frequenza dalle banconote microrganismi quali enterobatteri e stafilococchi. In questa sperimentazione mi sono occupato del campionamento microbiologico di banconote di vario taglio, raccolte prevalentemente in piccoli esercizi alimentari, sulle quali è stato fatto un tampone al fine di determinare la presenza di: coliformi totali, E. coli, S. aureus, altri stafilococchi, muffe, lieviti, carica batterica totale. Le analisi condotte hanno mostrato che nelle banconote non sono mai stati isolati ceppi di S. aureus, a differenza di quanto riportato nella letteratura. Simili considerazioni si possono fare anche per E. coli. Per quel che riguarda la carica batterica totale, le banconote più contaminate sono risultate essere quelle da 20 euro (valore medio 474 UFC/cm2). I tamponi microbiologici effettuati sui tagli da 50 euro sono stati gli unici ad essere caratterizzati da una elevata presenza di coliformi totali. In conclusione possiamo affermare che le banconote posso effettivamente costituire un importante veicolo di contaminazione microbica, che può poi trasferirsi anche su altri matrici, come prodotti alimentari. Considerando la pressione che viene esercitata dalle Autorità di controllo su tutte le fasi della catena alimentare, dalla produzione alla vendita al dettaglio, la variabile posta dalle possibili contaminazioni attraverso il maneggiamento e la circolazione delle banconote potrebbe quindi costituire un rischio reale, sia pure non ancora quantificato e forse non quantificabile.

Analisi del ciclo di lavorazione di un assy center cutter per escavazione.

L'elaborato riguarda l'analisi del ciclo di lavorazione di un assy center cutter, prodotto impiegato in macchinari (ad esempio: carotiere a cutter) per scavi verticali. In particolare verrà descritta brevemente l'azienda produttrice, per poi inoltrarsi nel cuore della tesi e analizzare il ciclo di lavorazione dei principali componenti del cutter, quali: carcassa, albero e perno. Seguirà una breve descrizione dei componenti secondari (guarnizioni, o-ring, sfere e rulli) e una panoramica generale sugli strumenti utilizzati per il controllo delle misure. In seguito verranno ripresi i cicli di lavorazione concentrandosi sugli utensili scelti per le varie operazioni. L'ultima parte tratterà la costificazione di ogni componente fino a giungere all'intero costo dell'assy center cutter secondo il metodo Full Costing.

Influenza delle condizioni di fornitura sul comportamento meccanico della lega di alluminio EN AW-5052 H39

ABSTRACT Il lavoro di tesi si basa sullo studio commissionato dall’azienda Pelliconi S.p.A di Ozzano dell'Emilia, specializzata nella produzione di tappi metallici per bottiglie. Questi tappi sono prodotti a partire da fogli sottili in lega di alluminio EN AW-5052 H39 e si necessita una ottimizzazione tecnico-economica nel settore della fornitura. L’obiettivo di questa tesi è analizzare le condizioni di fornitura della lega di alluminio EN AW-5052 H39 fornita da tre differenti fornitori (tra cui quello di riferimento) per stabilire quale di essi fornisca la lega più adatta al processo aziendale. L'elaborato è diviso in due parti, una compilativa ed una sperimentale. Nella prima, ci si occupa dei riferimenti normativi riguardanti le proprietà meccaniche delle leghe oggetto dello studio. Nella seconda, si introducono i materiali ed i metodi sperimentali utilizzati e si discutono i risultati ottenuti. A conclusione dello studio, si può affermare che, contrariamente a quanto imposto dalle specifiche aziendali e dalle normative sugli stati metallurgici di fornitura, tutti i laminati forniti mutano le loro proprietà a seguito del processo di laccatura subito dalle lamiere nel ciclo produttivo. Fra i tre fornitori, uno in particolare risulta fornire un materiale particolarmente suscettibile di variazione di proprietà a seguito di tale processo. Le ragioni di tale variazione sono legate alla composizione chimica ed alla microstruttura di questo laminato e dunque alle condizioni di fornitura del produttore.