Dinamica dei due e/o pochi corpi: Sistema Solare,Sistemi Binari

In questo elaborato si trattano le soluzioni possibili del Problema dei Tre Corpi nell'ambito della Meccanica Celeste. Nella prima parte viene proposta una trattazione matematica del problema legata alla Meccanica Analitica; nella seconda parte si confrontano i risultati trovati con esempi reali presenti nel Sistema Solare.

Studio di transistor elettrochimici e loro applicazioni

In questa tesi, utilizzando le particolari proprietà del polimero conduttivo poli(3,4-etilenediossitiofene) drogato con polistirene sulfonato , o PEDOT:PSS, sono stati realizzati dei transistor elettrochimici organici (OECTs), in cui il gate e canale source-drain sono stati realizzati depositando su substrato di vetro film sottili di questo polimero. I dispositivi realizzati sono stati caratterizzati, per comprenderne meglio le funzionalità e le proprietà per possibili applicazioni future, in particolare come sensori di glucosio. Il PEDOT:PSS è uno dei materiali più studiati per applicazioni della bioelettronica in virtù della sua grande stabilità chimica e termica, della reversibilità del suo processo di drogaggio, della grande conducibilità e delle sue proprietà elettrochimiche, nonché della sua attività in un vasto range di pH. Vengono trattate nell’elaborato anche le tecniche di deposizione di questo polimero per la creazione di film sottili, necessari per le varie applicazioni nell’ambito della bioelettronica organica, la quale si propone di unire la biologia e l’elettronica in un mutuale scambio di informazioni e segnali. Questa interazione si sta verificando soprattutto nel campo sanitario, come si può evincere dagli esempi riportati nella trattazione. Si conclude la parte teorica con una descrizione degli OECTs: viene spiegata la loro struttura, la capacità di connettere conducibilità ionica ed elettronica e il loro funzionamento, inserendo anche un confronto con i FET (“Field Effect Transistor”), per agevolare la comprensione dei meccanismi presenti in questi strumenti. Per la parte sperimentale si presenta invece una descrizione dettagliata dei procedimenti, degli strumenti e degli accorgimenti usati nel fabbricare i transistor sui quali si è lavorato in laboratorio, riportando anche una piccola esposizione sulle principali misure effettuate: curve caratterische I–V, transcaratteristiche e misure di corrente nel tempo sono le principali acquisizioni fatte per studiare i dispositivi. E’ stata studiata la diversa risposta degli OECTs al variare della concentrazione di PBS in soluzione, mostrando un generale rallentamento dei processi e una diminuzione della capacità di modificare la corrente source-drain al calare della concentrazione. In seguito, è stato effettuato un confronto tra transistor appena fatti e gli stessi analizzati dopo un mese, osservando una riduzione della corrente e quindi della conducibilità, seppur senza una modifica qualitativa delle curve caratteristiche (che mantengono il loro andamento). Per quanto riguarda la possibilità di usare questi dispositivi come sensori di glucosio, si introduce uno studio preliminare sulla risposta di un transistor, il cui gate è stato funzionalizzato con ferrocene, alla presenza di glucosio e glucosio ossidasi, un enzima necessario al trasferimento di elettroni, nella soluzione elettrolitica, seppur con qualche difficoltà, per via della mancanza di informazioni sui parametri da utilizzare e il range in cui compiere le misure (tuttora oggetto di ricerca).

Modelling, diagnostics and experimental analysis of plasma assisted processes for material treatment

This work presents results from experimental investigations of several different atmospheric pressure plasmas applications, such as Metal Inert Gas (MIG) welding and Plasma Arc Cutting (PAC) and Welding (PAW) sources, as well as Inductively Coupled Plasma (ICP) torches. The main diagnostic tool that has been used is High Speed Imaging (HSI), often assisted by Schlieren imaging to analyse non-visible phenomena. Furthermore, starting from thermo-fluid-dynamic models developed by the University of Bologna group, such plasma processes have been studied also with new advanced models, focusing for instance on the interaction between a melting metal wire and a plasma, or considering non-equilibrium phenomena for diagnostics of plasma arcs. Additionally, the experimental diagnostic tools that have been developed for industrial thermal plasmas have been used also for the characterization of innovative low temperature atmospheric pressure non equilibrium plasmas, such as dielectric barrier discharges (DBD) and Plasma Jets. These sources are controlled by few kV voltage pulses with pulse rise time of few nanoseconds to avoid the formation of a plasma arc, with interesting applications in surface functionalization of thermosensitive materials. In order to investigate also bio-medical applications of thermal plasma, a self-developed quenching device has been connected to an ICP torch. Such device has allowed inactivation of several kinds of bacteria spread on petri dishes, by keeping the substrate temperature lower than 40 degrees, which is a strict requirement in order to allow the treatment of living tissues.

Design and Prototyping High Endurance Multi-Rotor

The topic of this thesis fo cus on the preliminary design and the p erformance analysis of a multirotor platform. A multirotor is an electrically p owered Vertical Take Off (VTOL) machine with more than two rotors that lift and control the platform. Multirotor are agile, compact and robust, making them ideally suited for b oth indo or and outdo or application especially to carry-on several sensors like electro optical multisp ectral sensor or gas sensor. The main disadvantage is the limited endurance due to heavy Li-Po batteries and high disk loading through the use of different small prop ellers. At the same time, the design of the multirotor do es not follow any engineering principle but it follow the ideas of amateurs’ builder. An adaptation of the classic airplane design theory for the preliminary design is implemented to fill the gap and detailed study of the endurance is p erformed to define the right way to make this kind of VTOL platforms.

Dynamics and control issues of multi-rotor platforms

This thesis deals with the analytic study of dynamics of Multi--Rotor Unmanned Aerial Vehicles. It is conceived to give a set of mathematical instruments apt to the theoretical study and design of these flying machines. The entire work is organized in analogy with classical academic texts about airplane flight dynamics. First, the non--linear equations of motion are defined and all the external actions are modeled, with particular attention to rotors aerodynamics. All the equations are provided in a form, and with personal expedients, to be directly exploitable in a simulation environment. This has requited an answer to questions like the trim of such mathematical systems. All the treatment is developed aiming at the description of different multi--rotor configurations. Then, the linearized equations of motion are derived. The computation of the stability and control derivatives of the linear model is carried out. The study of static and dynamic stability characteristics is, thus, addressed, showing the influence of the various geometric and aerodynamic parameters of the machine and in particular of the rotors. All the theoretic results are finally utilized in two interesting cases. One concerns the design of control systems for attitude stabilization. The linear model permits the tuning of linear controllers gains and the non--linear model allows the numerical testing. The other case is the study of the performances of an innovative configuration of quad--rotor aircraft. With the non--linear model the feasibility of maneuvers impossible for a traditional quad--rotor is assessed. The linear model is applied to the controllability analysis of such an aircraft in case of actuator block.

Effect of Laser Shock Peening on Fatigue Crack Propagation of Aeronautical Structures

Laser Shock Peening (LSP) is a surface enhancement treatment which induces a significant layer of beneficial compressive residual stresses up to several mm underneath the surface of metal components in order to improve the detrimental effects of crack growth behavior rate in it. The aim of this thesis is to predict the crack growth behavior of thin Aluminum specimens with one or more LSP stripes defining a compressive residual stress area. The LSP treatment has been applied as crack retardation stripes perpendicular to the crack growing direction, with the objective of slowing down the crack when approaching the LSP patterns. Different finite element approaches have been implemented to predict the residual stress field left by the laser treatment, mostly by means of the commercial software Abaqus/Explicit. The Afgrow software has been used to predict the crack growth behavior of the component following the laser peening treatment and to detect the improvement in fatigue life comparing to the specimen baseline. Furthermore, an analytical model has been implemented on the Matlab software to make more accurate predictions on fatigue life of the treated components. An educational internship at the Research and Technologies Germany- Hamburg department of Airbus helped to achieve knowledge and experience to write this thesis. The main tasks of the thesis are the following: -To up to date Literature Survey related to laser shock peening in metallic structures -To validate the FE models developed against experimental measurements at coupon level -To develop design of crack growth slow down in centered and edge cracked tension specimens based on residual stress engineering approach using laser peened patterns transversal to the crack path -To predict crack growth behavior of thin aluminum panels -To validate numerical and analytical results by means of experimental tests.

A New Test Rig for In-Vitro Evaluation of the Knee Joint Behaviour

The evaluation of the knee joint behavior is fundamental in many applications, such as joint modeling, prosthesis and orthosis design. In-vitro tests are important in order to analyse knee behavior when simulating various loading conditions and studying physiology of the joint. A new test rig for in-vitro evaluation of the knee joint behavior is presented in this paper. It represents the evolution of a previously proposed rig, designed to overcome its principal limitations and to improve its performances. The design procedure and the adopted solution in order to satisfy the specifications are presented here. Thanks to its 6-6 Gough-Stewart parallel manipulator loading system, the rig replicates general loading conditions, like daily actions or clinical tests, on the specimen in a wide range of flexion angles. The restraining actions of knee muscles can be simulated when active actions are simulated. The joint motion in response to the applied loads, guided by passive articular structures and muscles, is permitted by the characteristics of the loading system which is force controlled. The new test rig guarantees visibility so that motion can be measured by an optoelectronic system. Furthermore, the control system of the new test rig allows the estimation of the contribution of the principal leg muscles in guaranteeing the equilibrium of the joint by the system for muscle simulation. Accuracy in positioning is guaranteed by the designed tibia and femur fixation systems,which allow unmounting and remounting the specimen in the same pose. The test rig presented in this paper permits the analysis of the behavior of the knee joint and comparative analysis on the same specimen before and after surgery, in a way to assess the goodness of prostheses or surgical treatments.

Kinematics and statics of cable-driven parallel robots by interval-analysis-based methods

In the past two decades the work of a growing portion of researchers in robotics focused on a particular group of machines, belonging to the family of parallel manipulators: the cable robots. Although these robots share several theoretical elements with the better known parallel robots, they still present completely (or partly) unsolved issues. In particular, the study of their kinematic, already a difficult subject for conventional parallel manipulators, is further complicated by the non-linear nature of cables, which can exert only efforts of pure traction. The work presented in this thesis therefore focuses on the study of the kinematics of these robots and on the development of numerical techniques able to address some of the problems related to it. Most of the work is focused on the development of an interval-analysis based procedure for the solution of the direct geometric problem of a generic cable manipulator. This technique, as well as allowing for a rapid solution of the problem, also guarantees the results obtained against rounding and elimination errors and can take into account any uncertainties in the model of the problem. The developed code has been tested with the help of a small manipulator whose realization is described in this dissertation together with the auxiliary work done during its design and simulation phases.

Electric techniques for the assessment of quality parameters of foodstuffs

In food industry, quality assurance requires low cost methods for the rapid assessment of the parameters that affect product stability. Foodstuffs are complex in their structure, mainly composed by gaseous, liquid and solid phases which often coexist in the same product. Special attention is given to water, concerned as natural component of the major food product or as added ingredient of a production process. Particularly water is structurally present in the matrix and not completely available. In this way, water can be present in foodstuff in many different states: as water of crystallization, bound to protein or starch molecules, entrapped in biopolymer networks or adsorbed on solid surfaces of porous food particles. The traditional technique for the assessment of food quality give reliable information but are destructive, time consuming and unsuitable for on line application. The techniques proposed answer to the limited disposition of time and could be able to characterize the main compositional parameters. Dielectric interaction response is mainly related to water and could be useful not only to provide information on the total content but also on the degree of mobility of this ubiquitous molecule in different complex food matrix. In this way the proposal of this thesis is to answer at this need. Dielectric and electric tool can be used for the scope and led us to describe the complex food matrix and predict food characteristic. The thesis is structured in three main part, in the first one some theoretical tools are recalled to well assess the food parameter involved in the quality definition and the techniques able to reply at the problem emerged. The second part explains the research conducted and the experimental plans are illustrated in detail. Finally the last section is left for rapid method easily implementable in an industrial process.

Strumenti di prevenzione e riduzione degli sprechi alimentari. Un piano nazionale per l'Italia

Negli ultimi anni lo spreco alimentare ha assunto un’importanza crescente nel dibattito internazionale, politico ed accademico, nel contesto delle tematiche sulla sostenibilità dei modelli di produzione e consumo, sull’uso efficiente delle risorse e la gestione dei rifiuti. Nei prossimi anni gli Stati Membri dell’Unione Europea saranno chiamati ad adottare specifiche strategie di prevenzione degli sprechi alimentari all’interno di una cornice di riferimento comune. Tale cornice è quella che si va delineando nel corso del progetto Europeo di ricerca “FUSIONS” (7FP) che, nel 2014, ha elaborato un framework di riferimento per la definizione di “food waste” allo scopo di armonizzare le diverse metodologie di quantificazione adottate dai paesi membri. In questo scenario, ai fini della predisposizione di un Piano Nazionale di Prevenzione degli Sprechi Alimentari per l’Italia, il presente lavoro applica per la prima volta il “definitional framework” FUSIONS per l’analisi dei dati e l’identificazione dei principali flussi nei diversi anelli della filiera e svolge un estesa consultazione degli stakeholder (e della letteratura) per identificare le possibili misure di prevenzione e le priorità di azione. I risultati ottenuti evedenziano (tra le altre cose) la necessità di predisporre e promuovere a livello nazionale l’adozione di misure uniformi di quantificazione e reporting; l’importanza del coinvolgimento degli stakeholder nel contesto di una campagna nazionale di prevenzione degli sprechi alimentari; l’esigenza di garantire una adeguata copertura economica per le attività di pianificazione e implementazione delle misure di prevenzione da parte degli enti locali e di un coordinamento a livello nazionale della programmazione regionale; la necessità di una armonizzazione/semplificazione del quadro di riferimento normativo (fiscale, igienico-sanitario, procedurale) che disciplina la donazione delle eccedenze alimentari; l’urgenza di approfondire il fenomeno degli sprechi alimentari attraverso la realizzazione di studi di settore negli stadi a valle della filiera.

A Web GIS Decision Support System For Coastal Risk Assessment and Mitigation Planning

Coastal flooding poses serious threats to coastal areas around the world, billions of dollars in damage to property and infrastructure, and threatens the lives of millions of people. Therefore, disaster management and risk assessment aims at detecting vulnerability and capacities in order to reduce coastal flood disaster risk. In particular, non-specialized researchers, emergency management personnel, and land use planners require an accurate, inexpensive method to determine and map risk associated with storm surge events and long-term sea level rise associated with climate change. This study contributes to the spatially evaluation and mapping of social-economic-environmental vulnerability and risk at sub-national scale through the development of appropriate tools and methods successfully embedded in a Web-GIS Decision Support System. A new set of raster-based models were studied and developed in order to be easily implemented in the Web-GIS framework with the purpose to quickly assess and map flood hazards characteristics, damage and vulnerability in a Multi-criteria approach. The Web-GIS DSS is developed recurring to open source software and programming language and its main peculiarity is to be available and usable by coastal managers and land use planners without requiring high scientific background in hydraulic engineering. The effectiveness of the system in the coastal risk assessment is evaluated trough its application to a real case study.

Meccanizzazione dei vigneti allevati a doppia cortina e a cordone libero

La ricerca svolta ha voluto approfondire le possibilità offerte dai sistemi di allevamento dei vigneti a Doppia Cortina (GDC) e a Cordone Libero nei riguardi della meccanizzazione. La ricerca ha considerato gli interventi di potatura invernale, di gestione della chioma (spollonatura, cimatura, defogliazione e pettinatura della doppia cortina) e di vendemmia. Un’operazione particolarmente seguita è stata la potatura invernale realizzando differenti livelli di meccanizzazione. Tutti gli interventi sono stati eseguiti sia manualmente che meccanicamente, confrontando i tempi d’impiego, la qualità del lavoro svolto e gli impegni di manodopera. I risultati sono stati sintetizzati in una valutazione economica, ipotizzando differenti livelli di costo della manodopera impiegata, per ottenere giudizi di convenienza per i singoli interventi e per costruire una valutazione completa e più organica della linea di lavoro proposta. Nelle due forme d’allevamento la meccanizzazione della potatura invernale e della gestione della chioma hanno rispettato pienamente gli obbiettivi tecnici prefissati, dimostrando di essere un valido mezzo per ridurre tempi e costi di gestione. Per questi interventi l’acquisto delle macchine risulta conveniente anche per vigneti di piccola dimensione. Ancor più evidenti in queste due forme d’allevamento sono i vantaggi economici offerti dalla vendemmia meccanica, realizzata con pochi maltrattamenti e perdite di prodotto. La tendenza a meccanizzare integralmente gli interventi di gestione del ciclo colturale della vite, può essere nei prossimi anni un motivo di interesse e di scelta nella realizzazione di nuovi impianti con queste due forme di allevamento, che hanno dimostrato di essere un’espressione completa di sinergia tra macchina e pianta.

Studio di massima di un riduttore aeronautico

Riduttore aeronautico

Studio ed ottimizzazione di una trasmissione su mezzo ibrido per uso desertico

Veicolo desertico ad altissima velocità con motorizzazione ibrida e continua.

Studio ed ottimizzazione energetica di una macchina blisteratrice

ottimizzazione energetica di una macchina automatica blisteratrice