Simulazioni di impatti su componenti in materiale composito

Il seguente elaborato costituisce un approfondimento nel campo dei materiali compositi e della loro modellizzazione nel software, incominciato in seno all'attività curriculare di tirocinio da me svolta presso i laboratori universitari. Lo scopo è effettuare analisi numeriche su componenti e provini in materiale composito al fine di osservare, e conseguentemente valutare, gli effetti che diverse tipologie di carico, e in particolare diverse tipologie di impatti, provocano. Il mezzo con il quale ho potuto raggiungere tale obiettivo è stato Abaqus, un software di simulazione largamente utilizzato da aziende ed enti che operano nel settore aerospaziale, dell'automotive, ecc. Il funzionamento di Abaqus si basa sull'impiego di modelli agli elementi finiti, pertanto parte dell'introduzione è dedicata all'illustrazione della teoria degli elementi finiti. Inoltre sempre nella parte introduttiva è riportata una breve descrizione dei materiali compositi con un'analisi delle loro principali caratteristiche. Infatti la loro particolare natura rende difficoltoso creare nella pratica modelli funzionanti, e pertanto, al fine di ottenere risultati il più possibile coerenti alla realtà, è necessario avere una perfetta conoscenza delle loro proprietà.

Analisi del processo di estrusione di leghe leggere con il software Qform: validazione e previsione della microstruttura

Il gruppo di tecnologie e sistemi di lavorazione del Dipartimento di Ingegneria Industriale, D.I.N, dell’Università di Bologna ha compiuto in collaborazione con il Dipartimento IUL della TU di Dortmund, negli ultimi anni, due campagne sperimentali effettuando processi di estrusione di leghe di alluminio. Nella prima, utilizzando leghe AA6060 e il metodo della visioplasticità, sono stati raccolti dati volti a ricavare le condizioni di attrito di tali processi, tramite confronto con valori ottenuti in simulazioni agli elementi finiti. Nella seconda, utilizzando invece una lega AA6082, è stata valutata la microstruttura al fine di permettere, tramite programmi agli elementi finiti, la determinazione di correlazioni fra variabili che prevedano la dimensione della microstruttura della lega stessa a seguito di lavorazioni per deformazione plastica. Basandosi quindi su queste prove sperimentali e utilizzando il software “QuantorForm versione 7.2.4”, è stato svolto il lavoro di tesi finalizzato a conseguire i seguenti obiettivi: • individuare il modello di attrito che si sviluppa nei processi di estrusione analizzati per la lega di alluminio AA6060; • determinare i parametri di settaggio ottimale del software, confrontando i risultati ottenuti nelle simulazioni con quelli sperimentali; • determinare le curve che descrivono la dimensione di un grano cristallino di AA6082 in funzione della deformazione; • implementare come subroutine in Qform, tramite l’utilizzo del linguaggio “Lua”, il modello di microstruttura ottenuto.

Analisi della qualità del flusso di una galleria del vento per uso didattico

La galleria del vento "Wintaer" (WINd Tunnel itAER) è una piccola galleria subsonica con flusso incomprimibile utilizzata per scopi didattici, dotata di ventola assiale "Varofoil" a passo variabile per la regolazione della velocità del flusso. Lo scopo di questo elaborato è analizzare la qualità del flusso della galleria al fine di determinare le prestazioni del sistema ed alcune proprietà fondamentali, ovvero l'uniformità spaziale del flusso attraverso l'acquisizione di profili di velocità e l'intensità di turbolenza. Dalla conduzione delle prove sperimentali è emerso che la galleria permette il raggiungimento di un range di velocità compreso tra i 16 m/s e i 43 m/s, ha poca uniformità spaziale e presenta alti livelli di turbolenza. Per quanto riguarda il range di velocità si sono riscontrate problematiche relative all'impossibilità di raggiungere le basse velocità (fino a 7 m/s) a causa, molto probabilmente, di blocchi meccanici che limitano l'intervallo di angoli di calettamento (e quindi il passo) delle pale della ventola, ed è quindi necessario l'intervento della ditta per effettuare un'operazione di revisione della ventola. Relativamente ai profili di velocità, acquisiti con tubo di Pitot, e all'intensità di turbolenza, acquisita con anemometro a filo caldo, è emerso che i risultati sono stati disturbati da errori introdotti a causa dell'instabilità termica della galleria, ovvero un aumento progressivo di temperatura nell'impianto. Tale instabilità può essere risolta rimettendo in funzione l'unità di scambio di calore di cui la galleria è equipaggiata. L'attendibilità dei risultati ottenuti è quindi condizionata dall'instabilità termica, dunque, per una più preciso studio della qualità del flusso è necessario effettuare le prove sperimentali in condizioni di stabilità termica, la quale sarà essa stessa oggetto di analisi una volta rimesso in funzione il sistema di raffreddamento. Infine sono proposte soluzioni per il miglioramento della geometria dell'impianto, poco efficiente, in particolare per quanto riguarda i raddrizzatori di filetti fluidi (honeycombs) e il raccordo tra convergente e camera di prova, per il passaggio dalla sezione circolare del convergente a quella rettangolare della camera di prova. Si suggerisce lo spostamento di tale raccordo a monte della camera di calma, l'adozione di un convergente a sezione rettangolare e di una camera di calma a sezione rettangolare con honeycombs esagonali e l'aggiunta di reti per la diminuzione della turbolenza del flusso.

La valutazione del rischio di incidente rilevante per le acque superficiali

L’elaborato di Tesi esamina gli strumenti proposti nella letteratura tecnica per effettuare un’analisi di rischio di incidente rilevante per le acque superficiali. In Italia, nel 1988, è stata introdotta una normativa apposita per la prevenzione dei grandi rischi industriali, che definisce l’indicente rilevante come: “un evento quale un’emissione, un incendio o un’esplosione di grande entità, dovuto a sviluppi incontrollati che si verificano durante l’attività di uno stabilimento e che dia luogo a un pericolo grave, immediato o differito, per la salute umana o per l’ambiente, all’interno o all’esterno dello stabilimento, e in cui intervengano una o più sostanze pericolose”. Tuttavia, in mancanza di metodologie comprensive per il calcolo del rischio ambientale di incidente rilevante, la normativa italiana richiede di valutare il rischio per l’ambiente solamente in maniera qualitativa. Vengono quindi analizzati in questo elaborato metodi semplificati di valutazione del rischio. Questi metodi sono descritti nel Rapporto ISPRA 2013, che elenca alcune metodologie formulate in ambito europeo e propone un nuovo metodo a indici, utilizzabile per una valutazione preliminare di analisi di rischio per i siti del territorio nazionale. In particolare, in questo elaborato vengono illustrati nel dettaglio: il metodo proposto dal predetto Rapporto, basato sull’Indice di Propensione al Rilascio di uno stabilimento e sulla sensibilità ambientale dei corpi idrici posti nelle sue immediate vicinanze; e un metodo a indici proposto dalle autorità svedesi, l’Environmental Accident Index, che fornisce un’analisi preliminare del rischio intrinseco di uno stabilimento. Vengono poi presi in rassegna software che implementino modelli di dispersione degli inquinanti in acqua, utilizzabili per la valutazione delle conseguenze ambientali di un rilascio che coinvolga un corpo idrico superficiale. Si analizza nel dettaglio ADIOS 2, software gratuito distribuito dalla National Oceanic and Atmospheric Administration, specifico per la modellazione della dispersione di idrocarburi in mari ed estuari. Per effettuare una validazione delle metodologie sopraelencate, se ne è considerata l’applicazione ad un caso di studio reale, costituito da un deposito costiero di prodotti petroliferi. Innanzitutto si è calcolato per il deposito l’indice EAI; si è poi applicato il metodo qualitativo proposto dal Rapporto ISPRA 2013 e si è effettuata la simulazione di un rilascio di gasolio in acqua con il software ADIOS 2. A conclusione del lavoro svolto è possibile affermare che l’indice EAI non è adatto agli stabilimenti a rischio di incidente rilevante, in quanto è pesato per stoccaggi di sostanze pericolose di piccole dimensioni. Invece, sia il metodo ad indici del Rapporto ISPRA che il software ADIOS 2 sono strumenti utili per una prima valutazione del rischio di contaminazione delle acque superficiali.

Il progetto delle pavimentazioni stradali in materiale lapideo: il caso del centro storico di Modena

Le vibrazioni indotte dal traffico costituiscono un problema diffuso a causa degli effetti indesiderati che possono generare a lungo termine sulle opere architettoniche e sulle persone. L’intensità di questi fenomeni dipende da numerosi fattori tra cui le caratteristiche dei veicoli (massa, tipo di sospensioni), le relative velocità, la regolarità del piano viabile, le proprietà del terreno di sottofondo, la struttura degli edifici esposti e, soprattutto, le caratteristiche meccaniche dei materiali costituenti la pavimentazione. Il problema è particolarmente sentito nei centri storici delle aree urbane per la presenza di edifici di grande valore artistico e per l’impiego di pavimentazioni di tipo lapideo, caratterizzate da numerose irregolarità di superficie: nasce, quindi, l’esigenza di individuare criteri progettuali e tecnologie costruttive mirati all’attenuazione di questi fenomeni indesiderati e nocivi. A tal fine la presente tesi prevede: • una prima parte, che descrive il centro storico di Modena a partire da un quadro generale storico-morfologico e di pianificazione urbanistica, con particolare attenzione alle tipologie di pavimentazioni stradali ad elementi lapidei e ai materiali tradizionalmente in uso nel territorio modenese; • una seconda parte, che presenta il caso di studio di Piazza Roma e il relativo progetto di recupero per la pedonalizzazione dello spazio pubblico tuttora in corso di realizzazione. Quest'ultimo è stato analizzato da un punto di vista non solo teorico-descrittivo, ma anche pratico-sperimentale, seguendo l’esecuzione dei lavori in cantiere in collaborazione con il Settore Manutenzione e Logistica del Comune di Modena; • una terza parte, relativa al problema delle vibrazioni indotte dal traffico sulle pavimentazioni stradali ad elementi lapidei. Il problema è stato affrontato in termini prima generali, descrivendo i meccanismi di generazione, propagazione e ricezione delle vibrazioni, gli effetti di danneggiamento che possono provocare sulle costruzioni circostanti, le più diffuse tipologie di intervento note in letteratura. Successivamente è stato considerato il caso di Piazza Roma e, partendo dalla rilevazione sperimentale del quadro vibratorio degli edifici adiacenti alla sede stradale, è stata valutata l’efficacia di alcune soluzioni progettuali ai fini della riqualificazione dello stato di fatto.

Approccio metodologico per la valutazione del rischio dovuto agli sversamenti accidentali di petrolio in mare

Il trasporto del petrolio via mare tramite navi petroliere è molto utilizzato per congiungere i paesi produttori con quelli consumatori. Durante il trasporto possono avvenire rilasci accidentali di petrolio in mare, con contaminazione anche estesa dell’ambiente marino. La stima del rischio di contaminazione ambientale imputabile alle attività di trasporto via mare è fondamentale al fine di ridurre il rischio stesso. Per prevedere il destino degli sversamenti di olio in mare, sono stati sviluppati diversi software che simulano lo spostamento della chiazza di olio rilasciato e le trasformazioni chimico-fisiche cui essa è soggetta, dette fenomeni di oil weathering. L’obiettivo del presente lavoro di tesi è stato quello di individuare un software per la simulazione del destino dei rilasci di olio in mare idoneo ad essere utilizzato nell’ambito di una innovativa metodologia di valutazione del rischio per l’ambiente marino. A tal fine sono stati studiati e confrontati, sia da un punto di vista teorico sia tramite l’applicazione a casi di studio, i software GNOME, ADIOS e OSCAR; dal confronto è emerso che GNOME e ADIOS contengono modelli semplificati per simulare i fenomeni di oil weathering subiti da una chiazza di olio formatasi a seguito di un rilascio. Rispetto ai software GNOME e ADIOS, OSCAR è molto più complesso e articolato; richiede numerosi dati in ingresso, ma fornisce in uscita una descrizione dello scenario più aderente alla realtà. Un’importante peculiarità di OSCAR, che lo rende estremamente vantaggioso nell’ambito di una metodologia di valutazione del rischio, consiste nel fatto che esso dispone di una modalità di funzionamento stocastica. Per validare l’utilizzo di OSCAR nell’ambito di una metodologia di valutazione del rischio, se ne è effettuata l’applicazione ad un caso di studio, ovvero alla rotta da Suez a Porto Marghera. Si è pertanto osservato che il rischio derivante da un rilascio di olio in mare è dipendente dal punto in cui questo rilascio avviene. È dunque possibile concludere che il software OSCAR è uno strumento valido nell’analisi del rischio ambientale derivante da sversamenti di olio in mare. Il lavoro di tesi è strutturato come descritto nel seguito. Il Capitolo 1 è introduttivo e, dopo aver descritto la problematica legata agli sversamenti di idrocarburi in mare, elenca e spiega i fenomeni di oil weathering. Il Capitolo 2 è incentrato sulle caratteristiche e sul confronto dei software dell’ente americano NOAA, ossia ADIOS e GNOME. Il Capitolo 3 si occupa della descrizione del software OSCAR dell’ente norvegese SINTEF. Il Capitolo 4 riporta la metodologia seguita per il calcolo del rischio di contaminazione del mare, ripresa da una metodologia per il calcolo del rischio già consolidata nell’industria di processo relativa all’uomo. Il Capitolo 5 introduce il caso di studio, ovvero l’applicazione della metodologia alla rotta da Suez a Marghera. Il Capitolo 6 riporta alcune considerazioni conclusive.