Studio e analisi termo-strutturale di modelli stampati 3D FDM per materiali polimerici

A fianco ai metodi più tradizionali, fin ora utilizzati, le tecnologie additive hanno subito negli ultimi anni una notevole evoluzione nella produzione di componenti. Esse permettono un ampio di range di applicazioni utilizzando materiali differenti in base al settore di applicazione. In particolare, la stampa 3D FDM (Fused Deposition Modeling) rappresenta uno dei processi tecnologici additivi più diffusi ed economicamente più competitivi. Le tempistiche e le richieste industriali obbligano sempre di più i progettisti ad uno studio predittivo delle problematiche che si possono incontrare in fare produttiva. In ambito strutturale questo è già da diversi anni la norma per componenti realizzati con tecnologia tradizionale. In ambito termico, invece, si procede ancora troppo spesso per tentativi seguendo l’esperienza del singolo. Per questo motivo, è necessario uno studio approfondito e un metodo per caratterizzare i transitori termici. Per fare ciò è necessario introdurre un modello semplificativo attraverso l’uso su un provino cilindrico. Questa semplice geometria permette di mettere in relazione la soluzione analitica, la soluzione approssimata agli elementi finiti e la soluzione sperimentale. Una volta ottenuti questi risultati sarà poi possibile, mantenendo invariati il ciclo termico e le caratteristiche termo-strutturali del materiale, modificare a piacimento la geometria per analizzare un qualsiasi componente. Questo approccio permette quindi di realizzare delle analisi FEM sui componenti da stampare e di predirne i gradienti termici e le deformazioni a partire dalle caratteristiche del materiale, della geometria e del ciclo termico a cui sono sottoposti. Permettendo così di valutare in modo preventivo e predittivo problematiche di stabilità geometrica e strutturale.

Vulnerabilità sismica e miglioramento strutturale della Pinacoteca Nazionale e Accademia di Belle Arti di Bologna.

Il complesso che ospita la Pinacoteca Nazionale di Bologna e l’Accademia delle Belle Arti si colloca nel quartiere universitario bolognese, tra via delle Belle Arti e via Irnerio. Nato dall’aggregazione di corpi settecenteschi che si alternano a spazi chiostrali, l’edificio oggi ospita anche la Direzione Regionale Musei Emilia-Romagna e il “Settore Archeologia” della Soprintendenza Archeologia, Belle Arti e Paesaggio per la città metropolitana di Bologna e le province di Modena, Reggio Emilia e Ferrara. La Pinacoteca nasce dall’esigenza di raccogliere una cospicua produzione di dipinti del patrimonio artistico bolognese, per garantirne la sopravvivenza; si scelse di collocarla in un edificio conventuale dei padri gesuiti dopo le soppressioni degli ordini religiosi. L’impianto originario di edificio a corte a pianta quadrata non fu mai alterato, ma adattato a percorso espositivo nel corso dei secoli, ed è oggi frutto di numerose sopraelevazioni e ampliamenti volumetrici. È possibile individuare tre unità strutturali: la parte storica con ex convento, ex chiesa di Sant’Ignazio ed il rinascimentale Palazzo Ancarano; sul retro, i due corpi più recenti, l’ala Collamarini e l’ala ovest. Le tre unità appartengono a epoche diverse e ognuna rispecchia le soluzioni tecnologiche del proprio tempo: muratura di mattoni e solai a volte del 1700, struttura “mista” di inizio ‘900 e telaio in cemento armato degli anni ’60. Finalità della tesi è quella di effettuare una valutazione della vulnerabilità sismica globale della porzione storica mediante modelli semplificati, accompagnata da una valutazione dei cinematismi locali ritenuti attivabili a causa del sisma. La prima modalità, a livello globale, fornisce una stima della risposta sismica sottoforma di indicatore di vulnerabilità. L’analisi cinematica, a livello locale, pone le basi per indirizzare il progetto di miglioramento strutturale con interventi locali poco invasivi nell’ottica del minimo impatto sul manufatto storico.

Caratterizzazione geologica, strutturale e stratigrafica dell’area di Passo Rolle (TN)

Questa tesina ha lo scopo di mettere in luce l’assetto tettono-stratigrafico dell’area attorno a Passo Rolle, vicino a San Martino di Castrozza (TN), concentrandosi in particolare nella zona compresa tra Baita Segantini, Malga Fosse di Sopra, Malga Rolle e la base del Monte Castellazzo. All’interno dell’area studiata si trovano, nella zona orientale, la Cima Costazza e Punta Rolle, e, in quella occidentale, la Tognazza. Nell’area affiora un’unità vulcanica, in particolare nella zona sud-orientale, deposta nel Permiano Inferiore che costituisce il Piastrone Porfirco Atesino, a cui si sovrappongono formazioni sedimentarie del Permiano e Triassico Inferiore. Le unità triassiche in particolare documentano lo sviluppo di condizioni subsidenti nell'area causate dalla progressiva apertura dell’Oceano Tetide avvenuta fra il Permiano e il Triassico. L’evoluzione paleoambientale evidenzia un relativo e progressivo innalzamento del livello del mare. Si passa infatti da un ambiente di pianura alluvionale, con le Arenarie di Val Gardena, ad uno di transizione, dato dalla Formazione a Bellerophon, fino ad un ambiente francamente marino con la Formazione di Werfen, composta da nove membri. Le Arenarie di Val Gardena e alcuni membri della Formazione di Werfen presentano l’intrusione di Dicchi Basici messi in posto nel Ladinico a causa di un aumento della tettonica distensiva. Queste formazioni, assieme al Piastrone Porfirico Atesino, che poggia sul basamento, sono divise dalla presenza di un grande lineamento orientato NNO-SSE chiamato Faglia di Passo Rolle, che si è attivato più volte nel corso della storia geologica del luogo. Fra le altre strutture presenti, in particolare nelle sequenze sedimentarie, si segnalano delle pieghe con asse immergente verso N-NE e cinematica conforme al grande sovrascorrimento del Cismon della Pala.

Analisi strutturale del cerchione in materiale composito del veicolo solare Emilia 5

La finalità della tesi è quella di poter progettare il cerchione del veicolo solare "Emilia 5" in materiale composito. Questa auto è l’evoluzione della "Emilia 4", sviluppata dalla squadra Onda Solare in collaborazione con l’Università di Bologna, con cui sono state vinte molte gare. Tramite software (Ansys) è stato realizzato il modello virtuale del cerchione in fibra di carbonio e, con l'ausilio dell'analisi agli elementi finiti, ne è stata verificata la stabilità, sottoponendolo a cinque condizioni di carico diverse. Lo studio approfondisce le tematiche riguardanti i materiali compositi, il concetto di sequenza di laminazione e come varia la distribuzione delle tensioni al variare di esse. In particolare, viene analizzato con attenzione lo studio tramite software della sequenza di laminazione che permette di ottenere i risultati migliori per il tipo di applicazione. Infine, vengono confrontati i dati ottenuti dalle simulazioni effettuate, per l'analisi e lo studio dei dati significativi.

Progettazione e modellazione numerica di un elemento strutturale per il telaio dell’auto solare Emilia 5

Nel seguente elaborato viene ripercorso il lavoro svolto per la progettazione di un box batterie in materiale composito e in particolare il relativo sistema di fissaggio al telaio che verrà utilizzato per l’auto solare Emilia 5. Questo prototipo di veicolo, che viene sviluppato dai membri del team Onda Solare presso l’azienda Metal TIG a Castel San Pietro Terme (BO), è un’auto completamente elettrica che sfrutta l’energia solare attraverso pannelli fotovoltaici e la cui propulsione è garantita dalla sola energia accumulata nelle batterie. Emilia 5 gareggerà all’evento World Solar Challenge 2023 in Australia, competizione riservata alle auto solari che vede impegnati teams da tutto il mondo. L’elaborato mostra inizialmente la modellazione geometrica tridimensionale delle parti sviluppata attraverso il software Solidworks, analizzandone i dettagli funzionali. In seguito, tramite il software Ansys Workbench, vengono eseguite simulazioni agli elementi finiti verificando che i componenti, considerati in alluminio, rispondano correttamente ai carichi imposti. Per ultimo, vengono menzionati i materiali compositi in fibra di carbonio e si analizza la sequenza di laminazione relativa alla scatola delle batterie. I risultati ottenuti saranno utilizzati dal team Onda Solare come punto di riferimento per la realizzazione dei componenti di Emilia 5.

Analisi e ottimizzazione strutturale di una pressa di colaggio per la produzione di sanitari

L'odierna volatilità dei costi delle materie prime e il generale aumento dei prezzi legati all'energia, rendono necessario lo sviluppo di strategie atte a contenerne le conseguenze, in modo particolare all'interno delle innumerevoli realtà industriali che risultano inevitabilmente coinvolte. Il seguente elaborato è incentrato sull’analisi del funzionamento di una pressa per il colaggio di articoli sanitari in ceramica e sulla ricerca di soluzioni costruttive alternative del telaio della macchina che garantiscano le medesime prestazioni dell’originale ma con un’eventuale diminuzione sul costo di produzione. Ai fini dell’analisi vengono sviluppati una serie di modelli matematici (sia analitici che basati sui metodi numerici) con l’obiettivo di studiare lo stato deformativo e tensionale della macchina, valutare le condizioni di carico a cui sono soggette le varie giunzioni (saldate e bullonate) e individuare eventuali criticità. Il medesimo approccio è utilizzato nell’analisi delle soluzioni alternative sviluppate all’interno dell’elaborato. Su di esse viene poi svolta una stima dei costi di produzione da confrontare con i costi relativi agli equivalenti semilavorati presenti nella struttura originale, in modo da individuare e valutare un eventuale vantaggio in termini economici.

Realizzazione di un Energy Harvester ibrido per applicazioni di monitoraggio strutturale

In questo studio è affrontato il progetto di un energy harvester destinato ad alimentare un nodo sensore impiegato per scopi di monitoraggio strutturale. La applicazione in questione è specifica per l'ambito ferroviario, dovendo il sistema essere collocato sul tirante di poligonazione della linea area di contatto. Sono state indagate modalità di conversione dell'energia dalle vibrazioni generate dal contatto fra catenaria e pantografo, studiandone la possibile integrazione con la conversione dell'energia solare tramite celle fotovoltaiche. Sono stati quindi progettati e realizzati due prototipi di energy harvester a vibrazioni, basati su tecnica di conversione rispettivamente elettromagnetica e piezoelettrica. La fase di progettazione è stata affinata tramite simulazioni MATLAB e COMSOL, utilizzando il metodo degli elementi finiti, ed è stato curato il progetto dei circuiti di regolazione della tensione generata dai dispositivi. Sulla base del consumo del nodo sensore misurato ne è stata simulata la alimentazione da parte di un energy harvester solare al variare del periodo dell'anno. I dispostivi realizzati sono stati valutati attraverso varie misurazioni e sono state indagate tra gli sviluppi futuri possibili approcci per il miglioramento della tecnologia realizzata.

Calcolo strutturale tramite simulazione agli elementi finiti ed analisi delle criticità di macchinari della linea di prodotto Handling

Questa tesi si propone di analizzare due macchinari della linea di “Handling” della divisione Active di IMA S.p.A., ovvero la macchina “Cyclops” e la macchina “Hercules”. Per entrambe le macchine si vuole svolgere un’analisi completa dei rischi strutturali: si vogliono individuare, infatti, i componenti strutturalmente critici al fine di proporre migliorie e soluzioni per evitare problematiche o danneggiamenti alle macchine. Per l’individuazione delle criticità strutturali, la prima cosa effettuata è stata un’analisi del funzionamento dei macchinari, attraverso uno studio dei singoli componenti e dei loro montaggi, a cui è seguita un’analisi dei carichi e delle sollecitazioni agenti su entrambe le macchine in condizioni di lavoro standard. A valle di queste analisi è stato possibile, quindi, individuare i componenti maggiormente sollecitati e, con l’ausilio di un software di nome Creo Simulate, ovvero un’estensione del software PTC Creo, molto diffuso nell’ambito della progettazione 3D di componenti industriali, sono state eseguite delle simulazioni virtuali di calcolo agli elementi finiti. Dall’analisi dei risultati delle simulazioni eseguite al calcolatore si sono evidenziate le eventuali criticità di ogni componente proponendo modifiche di progettazione, sia in termini di modifica della geometria del componente, sia riguardo a possibili modifiche nella scelta dei materiali. In aggiunta alle simulazioni virtuali, per completezza d’analisi, sono state svolte anche analisi strutturali di tipo analitico per la verifica di collegamenti bullonati e collegamenti saldati e per la verifica a fatica di alberi in rotazione.

Implementazione di algoritmi Tiny Machine Learning per il monitoraggio strutturale basato su emissioni acustiche

Il monitoraggio basato su emissioni acustiche (AE) guidate si è confermato tra le tecniche più affidabili nel campo del Non-Destructive Testing delle strutture planari, vista anche la sua semplicità implementativa, i bassi costi che lo caratterizzano, la non invasività e la possibilità di realizzare un sistema che agisca in maniera continuativa ed in tempo reale sfruttando reti di sensori permanentemente installati, senza la necessità di ispezioni periodiche. In tale contesto, è possibile sfruttare l’abilità dell’apprendimento automatico nell’individuazione dei pattern nascosti all’interno dei segnali grezzi registrati, ottenendo così informazioni utili ai fini dell’applicazione considerata. L’esecuzione on-edge dei modelli, ovvero sul punto di acquisizione, consente di superare le limitazioni imposte dal processamento centralizzato dei dati, con notevoli vantaggi in termini di consumo energetico, tempestività nella risposta ed integrità degli stessi. A questo scopo, si rivela però necessario sviluppare modelli compatibili con le stringenti risorse hardware dei dispositivi a basso costo tipicamente impiegati. In questo elaborato verranno prese in esame alcune tipologie di reti neurali artificiali per l’estrazione dell’istante di arrivo (ToA) di un’emissione acustica all’interno di una sequenza temporale, in particolare quelle convoluzionali (CNNs) ed una loro variante più recente, le CapsNet basate su rounting by agreement. L’individuazione dei ToA relativi al medesimo evento su segnali acquisiti in diverse posizioni spaziali consente infatti di localizzare la sorgente da cui esso è scaturito. Le dimensioni di questi modelli permettono di eseguire l’inferenza direttamente su edge-device. I risultati ottenuti confermano la maggiore robustezza delle tecniche di apprendimento profondo rispetto ai metodi statistici tradizionali nel far fronte a diverse tipologie di disturbo, in particolare negli scenari più critici dal punto di vista del rapporto segnale-rumore.

Rappresentazione semantica delle informazioni in ambito storico e giuridico

Rappresentazione della conoscenza in banca di dati testuali non strutturati in lingua Italiana.

Analisi del ritmo alpha in meccanismi di attenzione spaziale e semantica attraverso un modello di massa neuronale

L’analisi dell’attività cerebrale rivela la presenza di oscillazioni sincrone che coprono un ampio spettro di frequenze e che possono essere rilevate mediante elettroencefalografia (EEG), magnetoencefalografia (MEG) o elettrocorticografia (ECoG). Si presume che esse svolgano un ruolo cruciale in molti importanti processi della corteccia e nell’associazione tra diverse funzioni. Il presente lavoro si pone come obiettivo quello di dimostrare come il ruolo di questi ritmi, in particolare di alpha (8-13 Hz) e di gamma (> 30 Hz), sia fondamentale in meccanismi di attenzione spaziale e semantica. A questo scopo, sono stati perfezionati modelli di massa neuronale esistenti per svilupparne uno in grado di simulare i meccanismi alla base dell’ipotesi di “inhibition timing”, secondo la quale un aumento di potenza in banda alpha permette di ignorare input irrilevanti per il compito. Sono stati, poi, simulati meccanismi di neurodegenerazione causati dalla schizofrenia, patologia correlata ad alterazioni nella neurotrasmissione GABAergica e ad una riduzione nella sincronia e nella potenza della banda gamma, riconducibile ai deficit cognitivi tipici della malattia.

Identification of neuronal alterations induced by Shank3 mutations using iPS cells from Phelan-McDermid Patients' Fibroblasts

A família de proteínas Shank é o principal conjunto de proteinas de suporte e está localizada na densidade pós-sináptica das sinapses excitatórias. Existem 3 genes na família Shank, Shank1, Shank2 e Shank3 e são caracterizados por múltiplos domínios repetidos de anquirina próximo ao N-terminal seguido pelos domínios Src homologo 3 e PDZ, uma região longa rica em prolina e um domínio de motivo α estéril próximo ao C-terminal. Shank proteínas conectam duas subunidades de receptors glutamatérgicos, recetores NMDA e recetores metabotrópicos de glutamato do tipo-I (mGluRs). O domínio PDZ da Shank conecta-se ao C-terminal do GKAP e este, liga-se, ao complexo recetor PSD-95-NMDA. Por outro lado, a proteína Homer interage com o domínio rico em prolina para confirmar a associação entre a proteína Shank com o mGluR tipo-I. A proteína específica em estudo, Shank3, é haploinsuficiente em pacientes com sindrome Phelan-McDermid devido à deleções no braço comprido do cromossoma 22 levando à danos intelectuais, ausência ou atraso no discurso, comportamentos semelhantes ao autismo, hipotonia e características dismórficas. Neste trabalho, investigamos o papel da Shank3 na função sináptica para compreender a relação entre alterações nesta proteína e as características neurológicas presente em Pacientes com síndrome Phelan-McDermid. Foram utilizados dois modelos diferentes, ratinhos knockout Shank3 e hiPSC de pacientes com PMS. Ratinhos geneticamente modificados são ferramentas uteis no estudo de genes e na compreensão dos mecanismos que experiências in vitro não são capazes de reproduzir, mas de maneira a compreender melhor as patologias humanas, decidimos trabalhar também com células humanas. Os fibroblastos dos pacientes com síndrome Phelan-McDermid fora reprogramados em hiPS cells, diferenciados em neurónios e comparados com os neurónios obtidos a partir de doadores saudavéis e da mesma idade. A reprogramação em iPSC foi realizada por infecção de lentivirus com quatro genes de reprogramação OCT4, c-MYC, SOX2 e KFL4 para posteriormente serem diferenciados em neurónios, com cada passo sendo positivamente confirmado através de marcadores neuronais. Através dos neurónios diferenciados, analisamos a expressão de proteínas sinápticas. Pacientes com haploinsuficiencia na proteína Shank3 apresentam níveis elevados de proteína mGluR5 e decrescidos de proteína Homer sugerindo que a haploinsuficiencia leva a desregulação do complexo mGluR5-Homer-Shank3 conduzindo também, a defeitos na maturação sináptica. Assim, a expressão da proteína mGluR5 está alterada nos pacientes com PMS podendo estar relacionada com defeitos encontrados na diferenciação neuronal e maturação sináptica observados nos neurónios de pacientes. Conclusivamente, iPS cells representam um modelo fundamental no estudo da proteína Shank3 e a sua influência no sindrome de Phelan-McDermid.

Design optimization of cruciform specimens for biaxial fatigue loading

In order to correctly assess the biaxial fatigue material properties one must experimentally test different load conditions and stress levels. With the rise of new in-plane biaxial fatigue testing machines, using smaller and more efficient electrical motors, instead of the conventional hydraulic machines, it is necessary to reduce the specimen size and to ensure that the specimen geometry is appropriated for the load capacity installed. At the present time there are no standard specimen’s geometries and the indications on literature how to design an efficient test specimen are insufficient. The main goal of this paper is to present the methodology on how to obtain an optimal cruciform specimen geometry, with thickness reduction in the gauge area, appropriated for fatigue crack initiation, as a function of the base material sheet thickness used to build the specimen. The geometry is optimized for maximum stress using several parameters, ensuring that in the gauge area the stress is uniform and maximum with two limit phase shift loading conditions. Therefore the fatigue damage will always initiate on the center of the specimen, avoiding failure outside this region. Using the Renard Series of preferred numbers for the base material sheet thickness as a reference, the reaming geometry parameters are optimized using a derivative-free methodology, called direct multi search (DMS) method. The final optimal geometry as a function of the base material sheet thickness is proposed, as a guide line for cruciform specimens design, and as a possible contribution for a future standard on in-plane biaxial fatigue tests. © 2014, Gruppo Italiano Frattura. All rights reserved.

The influence of fibre orientation on the post-cracking tensile behaviour of steel fibre reinforced self-compacting concrete

Adding fibres to concrete provides several advantages, especially in terms of controlling the crack opening width and propagation after the cracking onset. However, distribution and orientation of the fibres toward the active crack plane are significantly important in order to maximize its benefits. Therefore, in this study, the effect of the fibre distribution and orientation on the post-cracking tensile behaviour of the steel fibre reinforced self-compacting concrete (SFRSCC) specimens is investigated. For this purpose, several cores were extracted from distinct locations of a panel and were subjected to indirect (splitting) and direct tensile tests. The local stress-crack opening relationship (σ-w) was obtained by modelling the splitting tensile test under the finite element framework and by performing an Inverse Analysis (IA) procedure. Afterwards the σ-w law obtained from IA is then compared with the one ascertained directly from the uniaxial tensile tests. Finally, the fibre distribution/orientation parameters were determined adopting an image analysis technique.

Numerical simulation of galvanized rebars pullout

The usage of rebars in construction is the most common method for reinforcing plain concrete and thus bridging the tensile stresses along the concrete crack surfaces. Usually design codes for modelling the bond behaviour of rebars and concrete suggest a local bond stress – slip relationship that comprises distinct reinforcement mechanisms, such as adhesion, friction and mechanical anchorage. In this work, numerical simulations of pullout tests were performed using the finite element method framework. The interaction between rebar and concrete was modelled using cohesive elements. Distinct local bond laws were used and compared with ones proposed by the Model Code 2010. Finally an attempt was made to model the geometry of the rebar ribs in conjunction with a material damaged plasticity model for concrete.