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After describing the main recycling techniques for thermoset composite materials, this thesis outlines the complete hand lay-up and autoclave curing process for manufacturing a composite mold which produces a support structure for an automotive bumper. The material used is a mat (non-woven fabric) made of recycled carbon fiber (RCF) obtained through pyrolysis. During the lamination phase, difficulties arose due to the material expansion after vacuum pull, which returned to its original thickness. At the end of the curing cycle, the mold exhibited porosity defects and the metallic inserts were not properly integrated into the material, as the mold had not compressed sufficiently. These issues made it necessary to create a second mold after the first one broke. The 3D scans conducted demonstrated globally acceptable values, albeit lower than those of the conventional woven carbon fiber mold. After curing, the geometric deviations were very small, however, a significant distortion of the mold was observed after the post-curing cycle at a higher temperature. Finally, by means of Differential Scanning Calorimetry (DSC), it was possible to determine the glass transition temperature (Tg) of the pre-preg and the percentage of final polymerization.

I materiali compositi CFRP possiedono proprietà funzionali e di resistenza sempre più performanti grazie alla natura dei rinforzanti in fibra di carbonio, i quali però sono caratterizzati da criticità relative al processo di trasformazione, altamente energivoro e dispendioso, all’inquinamento collegato alla produzione delle fibre e al trattamento di sizing, nonché alla difficoltà nello stadio di separazione dei costituenti del manufatto composito e del conseguente riciclo. A causa di queste problematiche sono stati introdotti in produzione materiali a matrice epossidica rinforzata con fibre di lino. A seguito di un'introduzione su lavorazione e vantaggi delle fibre naturali, con particolare attenzione alle applicazioni in ambito compositi, sono discusse diverse prove di caratterizzazione meccanica e fisica di un composito a matrice polimerica e rinforzo in fibra naturale. Sono state eseguite delle prove di resistenza meccanica a trazione, taglio, compressione e ILSS per la determinazione delle proprietà meccaniche necessarie in fase di progettazione. Alcune prove meccaniche sono state effettuate su materiale saturo d'acqua, per ottenere informazioni sullo scadimento delle proprietà meccaniche indotto dall'assorbimento d'acqua e umidità. Sono inoltre state eseguite prove di igroscopicità per ottenere una panoramica precisa sulle differenze nella struttura delle fibre in carbonio e lino, che le differenzia in modo apprezzabile. Sono stati laminati compositi reticolati secondo tecnologia in autoclave, le cui proprietà fisiche sono state definite mediante prove alla fiamma al conocalorimetro, prove di igroscopicità del composito, prove ottiche al SEM in seguito ad una rottura in trazione.

Il seguente elaborato tratta delle problematiche legate ad installazione e tenuta di collegamenti meccanici come inserti filettati applicati su materiali compositi, nello specifico componenti realizzati in fibra di carbonio. Lo scopo di tale studio è di carattere principalmente preventivo, nell'ottica di individuare quali parametri di processo siano più o meno incisivi.

L’argomento del presente elaborato, svolto in collaborazione con l’azienda Eidos22 S.r.l., è lo studio sulla procedura per la qualità, in particolare la gestione del rischio, secondo la norma UNI EN ISO 9001:2015 – Sistemi di gestione per la Qualità; quest’ultima è destinata all’utilizzo da parte delle organizzazioni per migliorare continuamente sicurezza e affidabilità dei prodotti e dei servizi che soddisfino i requisiti di legge e regolamentari applicabili. L’elaborato descrive il metodo di gestione del rischio secondo la norma e il modo in cui è stato sviluppato da Eidos22 S.r.l. per valutare i fattori che si presentano all’interno dell’azienda; ho ripercorso lo studio fatto dall’azienda per l’elaborazione del documento della procedura per la qualità e ho approfondito, tramite le conoscenze acquisite in azienda e durante il mio corso di studi accademici, l’analisi del rischio per la digitalizzazione del foglio attrezzaggio. Il miglioramento, basato sull’innovazione tecnologica, ha consentito un notevole risparmio di denaro all’azienda, agevolando e semplificando il lavoro dell’operatore alla macchina. Inizialmente viene presentata la procedura per la qualità e il metodo di gestione del rischio secondo la norma (UNI EN ISO 9001:2015 – Sistemi di gestione per la Qualità), chiarendo con quale procedimento l’organizzazione deve stabilire, attuare, mantenere e migliorare in modo continuo. Viene, poi, trattato il metodo della procedura per la qualità sviluppato e seguito da Eidos22 S.r.l., analizzando e approfondendo tutti i passaggi che vengono mostrati e viene studiato il metodo di analisi del rischio per la digitalizzazione del foglio attrezzaggio, seguendo il metodo della procedura e mostrando i risultati ottenuti dal piano di miglioramento. Infine viene analizzato l’aspetto economico che ha portato questo cambiamento all’organizzazione.

Il presente progetto di Tesi Magistrale è il risultato del lavoro svolto all’interno del gruppo di ricerca coordinato dal Prof. Lorenzo Donati, Dipartimento di Ingegneria Industriale “DIN” dell’Università di Bologna. L’obiettivo è quello di sviluppare un modello per la stima della dimensione dei grani della lega di alluminio AA6063 ricristallizzatisi staticamente durante il processo di estrusione diretta di un profilo industriale prodotto dall’azienda svedese “Hydro Extrusions Finspång”. A lato della campagna sperimentale condotta nei laboratori del Dipartimento, è stato infatti redatto in linguaggio LUA un algoritmo, ottimizzato tramite il modello di Levenberg – Marquadt, allo scopo di ricavare le costanti sperimentali necessarie per la modellazione del processo in esame. Tale algoritmo è stato successivamente applicato in ambiente QForm – Extrusion allo scopo di ricavare, per via computazionale, l’evoluzione della microstruttura ottenuta durante lo svolgimento del processo di estrusione. I dati numerici così ottenuti sono stati infine confrontati con i valori sperimentali ricavati durante la campagna d’indagine allo scopo di poter validare il modello così proposto e fare le dovute considerazioni sulla sua applicabilità in termini di strumento previsionale da utilizzarsi durante le fasi di progettazione e/o di ottimizzazione del processo di estrusione.

La Tesi si occupa della previsione della microstruttura in processi di estrusione tramite simulazioni basate su modelli numerici per il calcolo della Stored Energy e della pressione di Zener-Drag in seguito validati tramite confronto con dati sperimentali. Il software usato per le simulazioni è QForm Extrusion.

Lo scopo della tesi è stato trovare parametri geometrici atti all'ottenimento di risultati conformi per la fixture, studiando il variare dei risultati al variare di parametri, quali layup, trigger, luce e velocità della provacr. La fixture viene utilizzata per caratterizzare materiali compositi tramite prove di compressione per lastre piane.

L' obbiettivo principale della tesi è stato quello di trovare una base numerico-sperimentale che valuti la vita a fatica delle giunzioni saldate di testa sensibili alla rottura alla radice. La prima parte dello studio è stato condotta sulla progettazione di un provino saldato che per analogia presentasse la stessa conformazione e lo stesso comportamento a rottura dei giunti saldati presenti negli organi meccanici dei carrelli elevatori TOYOTA. Successivamente è stata eseguita un'analisi agli elementi finiti con il software Ansys, seguendo le direttive previste dall' Istituto internazionale della saldatura; nello specifico è stato adottato il metodo dell' Effective Notch Stress (o metodo del raggio fittizio).Tale approccio ha permesso di stimare la vita a fatica del giunto saldato mediante la costruzione della curva teorica di fatica. La seconda parte dello studio si è basata sulla realizzazione fisica dei provini saldati precedentemente progettati e sullo svolgimento di una campagna sperimentale di prove a fatica mediante l'utilizzo di un Vibroforo (Rumul Mikrotron 654) presente nei laboratori UNIBO. Le suddette prove hanno permesso di ottenere la curva di fatica reale e l'individuazione del limite di resistenza a fatica della giunzione saldata. In fine è stata eseguita un'analisi dei dati per evidenziare le differenze tra l'approccio numerico e sperimentale.

Questa tesi si pone l'obiettivo di studiare e caratterizzare materiali compositi rinforzati con fibra di lino, con particolare attenzione rivolta al confronto tra due diversi tessuti pre-impregnati in resina epossidica. Questi materiali stanno avendo una grande importanza in settori come quello automotive, dove la loro leggerezza e le proprietà meccaniche discrete si stanno facendo spazio tra le ormai usatissime fibre di carbonio e di vetro. Inoltre, il fattore principale per cui molte organizzazioni sportive e produttori di veicoli sono interessati a questi materiali, è sicuramente quello ambientale, vista la sostenibilità della catena di produzione del lino. Approfondita questa tematica, vengono presentate le normative ASTM utilizzate per la caratterizzazione del materiale composito, ovvero test di trazione, taglio in piano, compressione e taglio interlaminare ILSS; queste prove sono essenziali per ottenere informazioni sulle proprietà meccaniche necessarie in fase di progettazione e per determinare, quindi, il campo di applicazione del materiale. Viene, poi, presentato il ciclo di produzione dei provini oggetto dei test, sono esposti i relativi risultati e sono svolte analisi calorimetriche e termogravimetriche, con lo scopo principale di ottenere la temperatura di transizione vetrosa del composito reticolato, in seguito ad un ciclo di cura in autoclave. Infine, viene esposto il confronto tra i risultati ottenuti, in seguito alle prove, dai due materiali presi in esame.

In questa attività di tesi ci si è posti l’obbiettivo di rilevare l’influenza dei parametri di processo sulle proprietà di componenti stampati mediante tecnologia selective laser melting in acciaio inossidabile 316L. Per poter ottenere migliori proprietà meccaniche dobbiamo ottimizzare i parametri di elaborazione, in particolare: potenza del laser, dimensioni dello spot, spessore di strato, distanza tra le tracce, velocità di scansione, preriscaldamento e strategia di scansione.

Il lavoro svolto in questa tesi ha l’obiettivo di valutare il comportamento a fatica di un acciaio, AISI 420, prodotto con il metodo SLM sia nel suo stato trattato termicamente, sia in quello previo trattamento. A questo fine si è operato un ulteriore confronto con un acciaio prodotto tradizionalmente, 16CrNi4, del quale si vuole valutare un eventuale sostituzione con AISI 420 SLM. Per la valutazione del comportamento a fatica sono state svolte prove di fatica a flessione rotante ed analizzate allo stereoscopio le superfici di rottura. Sono state effettuate prove di densità su tutti i provini studiati e micrografie su campioni di tutti i materiali considerati.

L’obbiettivo di questo lavoro di tesi è analizzare le performance a crashworthiness di provini sinusoidali autoportanti, realizzati in tessuto plain weave (fibra di carbonio, intrecciata in trama e ordito, e matrice polimerica). La tesi si articolerà essenzialmente in due parti. La prima riguarda una campagna sperimentale (presso il laboratorio strutture MasterLab della Seconda Scuola di Ingegneria dell’Università di Bologna, con sede a Forlì) effettuata su provini di dimensioni specifiche, secondo normativa ASTM, per l’identificazione delle caratteristiche meccaniche del composito, con successiva prova di schiacciamento di due tipologie di provini ondulati autoportanti, aventi stratifiche differenti, i cui risultati saranno utilizzati come valori di riferimento per la convalida dei modelli numerici. La seconda parte comprende le simulazioni numeriche, elaborate secondo il modello di danno di Johnson, Pickett, Rozycki, per la lamina costituita da tessuto, ed il modello di Pickett per l’interfaccia di delaminazione.

Il presente lavoro di tesi è nato con l'obbiettivo di presentare le caratteristiche della lega di titanio Ti-6Al-4V nelle varie tipologie di produzione additiva, in particolar modo delle tecniche Selective Laser Melting e Electron Beam Melting per la produzione di protesi personalizzate. Diversi materiali possono essere processati mediante tale tecnologia, tra questi il titanio e le sue leghe, che trovano grande impiego in molteplici settori, fra cui quello biomedico. Il loro utilizzo è incrementato da quando i processi di Additive Manufacturing ne hanno permesso una produzione più economica e più rapida. Lo studio si è focalizzato sulla lega costituita al 90% da titanio, 6% alluminio e 4% vanadio, poiché essa risulta essere la più diffusa e quella che desta maggiore interesse da un punto di vista tecnologico, soprattutto in ambito biomedico, grazie alla sua elevata biocompatibilità. In letteratura sono presenti diversi studi sulle proprietà meccaniche e sulla microstruttura di questa lega ottenuta per metodi non convenzionali, alcuni dei quali hanno anche confrontato i risultati ottenuti con quelli già noti per la lega prodotta tradizionalmente. La prima sezione dell'elaborato presenta le varie tecnologie additive e le loro principali caratteristiche, con breve descrizioni delle più comuni. La seconda parte, invece, descrive nello specifico le due tecnologie AM, studio di questa tesi, per poi passare alla descrizione dei materiali e delle polveri processati in queste tecnologie. Nella terza parte viene descritta la lega oggetto di questo studio e nell'ultima sezione sono indicate le varie applicazioni e le problematiche che, ancora oggi, sussistono in questa tecnologia così innovativa.

Nella tesi viene caratterizzato meccanicamente un giunto incollato acciaio-CFRP usato nella produzione di un componente automotive. In particolare viene analizzata l'influenza data da trattamenti termici di invecchiamento e sono messe a confronto diverse tipologie di adesivi.

La tecnologia MdP odierna risente di grosse limitazioni a causa di una inadeguata divulgazione, soprattutto a livello universitario, delle conoscenze sulle teorie dei processi e della progettazione di impianti ad essa legati. La conseguenza è l’accentramento del know-how all’interno delle aziende del settore (progettazione presse e impianti di sinterizzazione, sviluppo materie prime, progettazione stampi e cicli produttivi…) le quali, nel tempo, hanno creato al loro interno tecnici specializzati, laboratori di ricerca e sofisticati reparti R&D. Nonostante il risultato evidente oggi in Europa sia una buona preparazione tecnica da parte delle aziende operanti nel settore, la scarsa diffusione di conoscenze anche negli altri ambiti dell’ingegneria e della progettazione meccanica rende spesso difficile l’incontro tra due realtà che potrebbero invece aprire nuovi settori di produzione e/o il miglioramento di progetti noti. Questo lavoro è fondato sulla base di tali considerazioni e svolto interamente all’interno di una delle più importanti realtà industriali nazionali in questo campo: Sinteris S.p.A. (Bologna). Dopo una descrizione del processo classico, si passerà ad analizzare, tramite prove in laboratorio, il processo di calibratura di rotori pompa per circuiti lubrificanti in campo automotiv. Lo studio riguarda il rilievo e il confronto delle variazioni dimensionali ottenute a diverse percentuali di calibratura su rotori di diverse altezze (entro e oltre i limiti progettuali fino ad oggi realizzati in Sinteris) allo scopo di far luce sulle deformazioni plastiche che condizionano la conformità dei pezzi sinterizzati sottoposti a calibratura entro stampi rigidi di dimensioni note. Lo scopo ideale di questa ricerca è trovare una legge su base empirica che consenta all’Engineering di progettare stampi di calibratura e percentuali di schiacciamento che garantiscano, ad ogni montaggio, la conformità dimensionale di attuali e futuri progetti di pompe a lobi.

L’uso dei materiali compositi è andato aumentando negli ultimi decenni per la loro elevata rigidezza, la resistenza specifica e il possibile risparmio, notevole in termini di peso dell’intera struttura. Tali materiali introducono però nuove problematiche riguardanti le modalità di danneggiamento e il comportamento a fatica. Mentre questi fenomeni sono relativamente ben compresi nei materiali metallici, per una struttura in composito non esistono ancora modelli in grado di predire con sufficiente affidabilità l’evoluzione del danneggiamento. Negli ultimi anni la ricerca si è focalizzata sullo sviluppo di sistemi in grado di rilevare la presenza e l’evoluzione del danno, definiti Structural Health Monitoring Systems, ovvero sistemi di monitoraggio strutturale. Il danneggiamento strutturale può così essere individuato e identificato per mezzo di sensori distribuiti integrati nella struttura stessa, aventi la possibilità di trasmettere queste informazioni a un sistema di analisi esterno permettendo di valutare lo stato di degrado della struttura in tempo reale. In questo contesto si inseriscono le attività di ricerca sulle strutture intelligenti che, inglobando al loro interno opportune tipologie di sensori e attuatori, sono in grado di monitorare l’ambiente fisico operativo, raccoglierne e interpretarne le informazioni per poi rispondere ai cambiamenti della struttura in modo appropriato attraverso gli attuatori. L’impiego di sensori e attuatori inglobati nelle strutture offre molteplici vantaggi rispetto ai sistemi di trasduzione e attuazione convenzionali. L’attività di ricerca condotta in questa tesi è rivolta all’indagine di tecniche di SHM per mezzo di sensori a fibra ottica. Essi presentano molteplici peculiarità che li rendono i candidati ideali per queste applicazioni. Esistono diversi tipi di sensori che utilizzano le fibre ottiche. Nel presente lavoro si sono utilizzati sensori di deformazione basati sui reticoli di Bragg (FBG) chirped. Questi sensori sono co

Valutazione della possibilità di realizzare un macchinario radiologico che presenti al suo interno schermature di protezione contro le radiazioni ionizzanti prive di piombo (lead-free), materiale tossico e nocivo per gli individui. A questo scopo la scelta è ricaduta su tecnopolimeri radiopachi, i quali presentano le stesse caratteristiche schermanti del piombo attualmente utilizzato. Su questi tecnopolimeri sono stati effettuati test di varia natura, per andare a valutare se le loro prestazioni risultassero soddisfacenti sia dal punto di vista della radiopacità che della durata nel lungo periodo (attraverso prove accelerate).

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.

I componenti del carbonio in ambito strutturale (aeronautico, navale, automobilistico) sono soggetti a deterioramenti ambientali di difficile determinazione, in particolare alla temperatura e all'umidità. Scopo di questa tesi è determinare i danneggiamenti dei materiali compositi CFRP in funzione di un invecchiamento a diverse percentuali della temperatura di transizione vetrosa Tg. In particolare si vuole studiare e approfondire il processo di reazione della matrice e del carbonio. Per meglio descrivere il procedimento di deterioramento e reazione del materiale composito dovuto ad alti livelli di temperatura, mi sono avvalso del supporto pratico dell’azienda “Riba Composites” di Faenza che in particolare si occupa della prototipazione e produzione di componenti strutturali in materiali compositi avanzati e che si è dimostrata leader nel settore dei compositi CFRP. Pochi studi sono stati condotti su tale argomento. Da qui il mio interesse specifico nel volere studiare e dimostrare come questo processo possa ulteriormente apportare un aiuto agli studi in ambito strutturale già effettuati e pubblicati precedentemente. La dimostrazione pratica della seguente tesi è avvenuta, con l’aiuto dell’Ing. Paolo Proli, nel laboratorio di MaSTeR Lab dell’Università di Bologna, dove si è deciso di eseguire vari invecchiamenti termici a diverse temperature per constatare i livelli di deterioramento e influenza delle variazioni di temperatura sulla matrice del composito preso in analisi. Gli effetti di tale studi sono stati sostenuti anche grazie alla guida del Professore Lorenzo Donati, e verranno dettagliatamente evidenziati nello specifico con spiegazioni in ambito teorico e dimostrazioni pratiche affiancate da schemi dimostrativi e supporto grafico.

Nel seguente elaborato si propone lo sviluppo di un modello agli elementi finiti (FEM) del processo di friction welding del quale, attraverso i dati rilevati da prove sperimentali di validazione termica, vengono valutati i parametri ottimali di simulazione. Ai risultati così ottenuti vengono applicati anche algoritmi per la valutazione della microstruttura e della qualità della saldatura, sviluppati originariamente per l'analisi dell'estrusione: in entrambi i casi a seguito del confronto con le analisi metallografiche dei provini è stato possibile validare ulteriormente il modello creato.

Sviluppo di un modello che fornisce l'analisi numerica dei parametri che definiscono il profilo del laminato a caldo piano e il relativo output grafico. Il modello è utilizzato per indagare l'incidenza del difetto "canale di laminazione" e per identificare le specifiche di acquisto della materia prima per l'azienda. Vengono infine proposte alcune tecniche di controllo statistico di processo, per tenere monitorate le caratteristiche della materia prima in ingresso.

Lo studio si propone di valutare la capacità dei reticoli di Bragg in fibra ottica, di individuare e monitorare danneggiamenti presenti all'interno di laminati in composito, tramite l'analisi degli spettri riflessi dai reticoli stessi. Sono stati utilizzati due tipi diversi di stratificazione dei laminati, per valutare il diverso comportamento dei reticoli di Bragg inseriti all'interno dei laminati. Le proprietà dei materiali e degli spettri riflessi dai reticoli, sono state messe in relazione qualitativamente e quantitativamente, al fine di sviluppare un valido metodo di Structural Health Monitoring.

Questo elaborato presenta un metodo per lo sviluppo di correlazioni lineari con lo scopo di determinare le proprietà meccaniche di un acciaio laminato e zincato utilizzando un sensore che percepisce la magnetizzazione residua del materiale. Vengono utilizzati metodi statistici di analisi della varianza per lo studio delle funzioni di regressione lineari. Lo studio effettuato è stato sviluppato per la lavorazione di zincatura di coils presso Marcegaglia spa, stabilimento di Ravenna. È risultato evidente che la sola misurazione della magnetizzazione residua non fosse sufficiente per la determinazione delle proprietà meccaniche, a tale proposito sono stati sviluppati dei modelli di calcolo con funzioni multivariabili e, attraverso risolutori che minimizzano la differenza quadratica dell'errore, si sono determinati i coefficienti di regressione. Una delle principali problematiche riscontrate per la definizione delle correlazioni è stato il reperimento dei dati necessari per considerare affidabili i risultati ottenuti. Si sono infatti analizzate solamente le famiglie di materiale più numerose. Sono stati sviluppati tre modelli di calcolo differenti per parametri di processo di produzione utilizzati per la definizione delle correlazioni. Sono stati confrontati gli errori percentuali medi commessi dalle funzioni, gli indici di regressione che indicano la qualità della correlazione e i valori di significatività di ogni singolo coefficiente di regressione delle variabili. Si è dimostrato che la magnetizzazione residua influisce notevolmente, così come i parametri dei processo di ricottura del materiale, come le temperature in forno, lo spessore e le velocità. Questo modello di calcolo è stato utilizzato direttamente in linea per lo sviluppo di un ciclo ottimale per la produzione di un nuovo materiale bifasico. Utilizzando il modello per la predizione delle proprietà meccaniche si è concluso che per limiti impiantistici la chimica del materiale utilizzata non fosse idonea. Si

Attraverso questo studio sono state indagate le proprietà di compositi laminati in fibra di carbonio (CFRP) nano-modificati con nanofibre in Nylon 6.6, in termini di resistenza al danneggiamento da impatti a bassa velocità (con caratterizzazione Drop Weight at Low Velocity) e di smorzamento della vibrazione (con caratterizzazione a damping). Sono stati indagate due configurazioni di nanorinforzo differenti, confrontate con le prestazioni di provini vergini laminati tradizionalmente. Sono infine state operate delle analisi grafiche delle micrografie di campioni sezionati per trarre conclusioni di carattere tecnologico.

L’attività sperimentale presentata in questo elaborato è volta a conoscere le proprietà meccaniche di una lega di magnesio rinforzata con particelle ceramiche (Carburo di silicio SiC). Scopo del lavoro sarà pertanto il confronto fra le proprietà meccaniche del materiale base ZM21 rispetto al materiale prodotto in Israele con rinforzo di carburo di silicio, con particolare riferimento alle proprietà a trazione, a compressione e alla distribuzione di particelle nella matrice (analisi metallografica).

Analisi dell'incidenza di porosità interne sul limite di fatica di particolari getti di ghisa. Studio sviluppato grazie alla tecnica probabilistica "extreme value analysis".

L’intento di questa tesi è fornire un andamento di alcune proprietà dei materiali compositi in fibra di carbonio, CFRP, utilizzati soprattutto nell’ambito aeronautico e navale, esposti quindi a condizioni ambientali specifiche di variazione ciclica della temperatura. Lo studio è effettuato sulle prove di caratterizzazione statica, di compressione, flessione in tre punti e taglio interlaminare, che generano risultati sulla resistenza delle fibre e della matrice e sul modulo elastico a compressione e trazione del composito.

Tesi svolta presso l'azienda “Riba composites S.r.l.” con lo scopo di riprogettare una passerella nautica utilizzata in imbarcazioni a vela da competizione, attualmente realizzata mediante formatura in autoclave di tessuti pre-impregnati, per il processo produttivo di Vacuum Assisted Resin Injection (VARI). La formatura in autoclave di tessuti pre-­impregnati è una delle tecnologie più onerose, tra i vari processi produttivi nel settore dei materiali compositi, ma assicura proprietà meccaniche e livelli estetici superlativi. L’obiettivo della Riba Composites è ridurre i costi di produzione per offrire un prodotto dalle proprietà analoghe a un prezzo più competitivo. Nella fase di riprogettazione ci siamo affidati a un software di calcolo agli elementi finiti che simula il processo del VARI, l’applicativo PAM-­RTM, del gruppo ESI. Al fine di ottenere una simulazione quanto più precisa possibile del processo, abbiamo realizzato molteplici prove sperimentali per ricavare i valori di compressibilità e permeabilità dei rinforzi da inserire nel software FEM.

Attraverso svariate prove tecnologiche, pratiche ed ottiche, si è posta la base per lo sviluppo di un sistema di misurazione delle deformazioni su un albero navale in materiale composito attraverso sensori ottici. L'attività ha messo in luce diverse problematiche relative all'inglobamento delle fibre ottiche nel materiale composito e molte altre attinenti la tecnologia basata su Reticoli di Bragg fotoincisi sulla fibra ottica.

L’obiettivo di questo elaborato è caratterizzare dei provini con strutture reticolari prodotti per additive manufacturing, in particolare tramite Selective Laser Melting (SLM). Lo studio si sviluppa tramite due metodi di analisi: il primo che prevede l’uso delle prove di compressione per caratterizzare tali provini e il secondo di Digital Image Correlation (DIC) che permette di mostrare le deformazioni e gli spostamenti dei provini in maniera puntuale anziché globale, come avviene nelle prove di compressione. Nell’ultima parte si sono considerate le due analisi utilizzate e sono state confrontate evidenziando come la DIC possa essere considerata un metodo di analisi valido e efficace nello studio di strutture geometriche reticolari. Infine, sono state esposte le possibili applicazioni di tali strutture con geometrie complesse soprattutto in campo biomedico, in particolar modo nella costruzione di protesi per caviglia.

Nel presente elaborato di tesi sono state affrontate tematiche legate ai processi di estrusione raffreddati mediante l'utilizzo di matrici aventi inserti con canali conformi. Si è visto il perché della necessità di apportare un raffreddamento controllato e quali sono i benefici che ne vengono tratti. Prendendo spunto da risultati di prove sperimentali di processi di estrusione raffreddati, sono stati realizzati dei modelli numerici che simulassero i suddetti processi con lo scopo di validare tali modelli e valutare l’efficienza del raffreddamento per mezzo di azoto.

The aim of the investigation is to characterize the behaviour of billets composed of different aluminium alloys chips, shape and size. The billets were processed by plastic deformation in order to obtain useful parameters to make final products with good aesthetic-structural characteristics. This is made possible by direct recycle of chips with plastic deformation processes, in specific with a chip-based hot extrusion process. This technique is very interesting at an industrial level where the chips coming from various aluminium alloy machining procedures are accumulated together. The classic secondary aluminium production process by re-melting already saves 95% of energy in comparison to primary aluminium production from mineral (Bauxite). As previously shown from researches on Chip Extrusion, there is a higher energy saving through direct extrusion of chips and scraps pre-compacted in chip-based billets without re-melting. The research has the objective of testing the optimal combination of process parameters for different mixes of alloys in order to obtain the desired profiles; at the same time a FEM (Finite Element Method) simulation is implemented with HyperExtrude and MatLab software. The code is expected to describe processes with different parameters and give results similar to the experimental ones.

L'elaborato si presenta come un percorso di progettazione con i materiali compositi, il cui scopo è ricercare una correlazione il più vicina possibile tra un modello FEM di un telaio per mountain bike (MTB) e la realtà, ovvero le prove al banco sul telaio stesso. Per creare una correlazione, sono stati simulati e realizzati a banco test statici (torsione della scatola sterzo e Rinard) e un test dinamico (test di impatto con massa cadente). Ciò ha richiesto la progettazione di un banco per test dinamici da impatto con massa cadente e telaio cadente, come richiesto da normativa ISO 4210.

La tecnologia water jet è una tecnologia piuttosto recente che però, negli ultimi decenni, ha avuto uno sviluppo davvero elevato; uno sviluppo continuo, a partire dagli anni 50, che non accenna ad arrestarsi, e che ha progressivamente migliorata la tecnologia, portandola ad essere una delle più versatili presenti sul mercato odierno. All’inizio fu utilizzata su materiali morbidi e con spessori limitati, come carta o plastica. La successiva introduzione dell’abrasivo, in aggiunta al getto d’acqua pressurizzato, ha portato alla possibilità di lavorare materiali e spessori di interesse ingegneristico.

La delaminazione è una modalità di fallimento che coinvolge soprattutto materiali compositi. Infatti, cicli di carichi affaticanti o impatti possono causare la separazione dei vari strati, detti “pelli”, formando strutture simili a quelle della mica, con sfaldature che provocano una significativa perdita di resistenza meccanica. Le cause della delaminazione in un componente possono essere molteplici: nei materiali compositi una delle principali può essere la propagazione di un difetto già presente nel componente, dovuto magari a un legame imperfetto tra fibre e resina. La suscettibilità alla delaminazione è una delle maggiori debolezze in molte strutture avanzate in materiale composito, e perciò la conoscenza della resistenza interlaminare alla frattura è utile per lo sviluppo di prodotti innovativi e per la scelta dei materiali. Per lo sviluppo di un modello matematico che permetta di conoscere meglio questo fenomeno di rottura, sono state proposte prove di caratterizzazione per materiali compositi per avere una valutazione numerica della resistenza a questo fenomeno, ovvero alla rottura del legame tra le fibre e la matrice utilizzata, focalizzandosi sulla tessitura unidirezionale dei materiali compositi. Le tre prove di caratterizzazione analizzate nel corso dell’elaborato sono relative a diverse modalità di sollecitazione, in particolare, la cosiddetta "prova a modalità mista", basata sul mescolare in modi diversi le sollecitazioni delle prove precedenti, le quali saranno analizzate, seppur non con la stessa enfasi. Dopo un’introduzione riguardante i materiali compositi, segue una descrizione delle normative e dell’attrezzatura utilizzate, da cui poi i processi seguiti per la produzione dei provini che verranno utilizzati per le prove di caratterizzazione. Infine, i risultati delle varie prove sono analizzati con grafici e immagini.

L’elaborato verte sullo studio dei mezzi di osteosintesi ai fini del recupero delle fratture ossee e, in particolare, analizza 2 differenti tipologie di viti, una con filettatura a passo fisso ed una a passo variabile. Inizialmente vengono esplicitate le caratteristiche del tessuto osseo umano dal punto di vista chimico, medico e meccanico. Successivamente sono analizzati gli aspetti legati al materiale con il quale sono costituiti i mezzi di osteosintesi in esame, ossia una precisa lega di titanio lavorata alle macchine utensili. Con il termine “lega” si intende un materiale non esattamente puro ma contenente altri elementi dalla configurazione diversa, detti “alliganti”, che conferiscono al materiale caratteristiche ben precise. Sono analizzate, inoltre, le tecniche di produzione delle viti in questione, realizzate con l’ausilio di macchine utensili di precisione a controllo numerico. Lo studio si conclude con un’analisi comparativa, accompagnata dai rispettivi esperimenti di laboratorio, del modello classico di impianto con quello innovativo, caratterizzato dal passo variabile della filettatura che compone la vite.

Progettazione di un cilindro per motori a combustione interna a due tempi, da impiegarsi come parte di ricambio per propulsori monomarcia costruiti da Piaggio s.p.a. e da Motori Minarelli s.p.a. Approfondimenti su scelta del materiale (lega di alluminio), definizione del processo fusorio, analisi FEM della colata, nonché sulla costruzione delle attrezzature necessarie alla messa in produzione.

L’obiettivo di questa tesi è la determinazione di parametri di processo ottimizzati che permettano la realizzazione, tramite tecnologia additiva SLM, di componenti in acciaio inox AISI 420 con proprietà paragonabili a quelle attualmente ottenibili tramite lavorazioni tradizionali. La ricerca è stata divisa in due parti, portate avanti contemporaneamente, caratterizzate da spessori dei layer differenti che prioritizzano il volume di produzione o la finitura e precisione dimensionale. Nella prima campagna sperimentale sono stati realizzati dei campioni a geometria semplice utilizzando differenti parametri di processo per determinarne le correlazioni con le proprietà ottenute. Le prove svolte in questa fase sono state di densità, rugosità e durezza. I set più promettenti sono stati poi selezionati per indagini più approfondite volte alla determinazione delle loro proprietà meccaniche. In questa tesi viene descritta solo la prova di trazione del set di parametri per alti volumi di produzione perché tutti gli altri test meccanici devono essere ancora svolti. Al termine delle prove qui descritte si è riusciti a determinare un set di parametri col quale, al momento, sembra possibile stampare prodotti dalle prestazioni confrontabili con quelle di componenti commerciali in AISI 420, raggiungendo l’obiettivo che ci si era prefissati.

Approfondimento sui modi di rottura a delaminazione di modo I, II e misto I/II confrontando i vari metodi analitici esistenti.

Studio e progettazione di un battery-case in materiale composito per una vettura sportiva elettrica con l'obiettivo di ridurne la massa. Confronto fra proprietà meccaniche, peso e costo fra versione in alluminio e in composito.

Negli ultimi anni nel mondo dell’industria automobilistica e aeronautica sta prendendo sempre più piede l’utilizzo di strutture assorbitrici realizzate in materiali compositi; questi materiali, infatti, oltre a possedere proprietà paragonabili a quelle dei metalli, coniugate ad un’importante riduzione della massa, possono essere modellati in modo da assorbire una notevole quantità di energia cinetica in caso di impatto. Viste le notevoli variabili presenti in fase di progettazione e i diversi metodi di rottura con cui questi materiali possono collassare, risulta fondamentale l’utilizzo di simulazioni che riescano a prevedere con precisione il loro comportamento. In questo progetto di tesi viene proposta un’analisi bibliografica degli articoli che affrontano questo studio con il software ad elementi finiti PAM-CRASH, analizzandone la metodologia e gli accorgimenti utilizzati. In tal modo è stato possibile esaminare i differenti modelli di danno adoperati nel corso degli anni, individuandone i punti di forza e le mancanze, stilando delle linee guida per il loro utilizzo pratico.

Nel presente lavoro di tesi sono state affrontate le problematiche della realizzazione di canali di raffreddamento conformi per le matrici di estrusione di profilati in alluminio. In ambito tecnologico il problema termico è molto sentito nel settore, perché nei processi di estrusione a caldo le temperature in gioco e i gradienti termici influenzano sia la riuscita della lavorazione in termini di fattibilità e produttività, sia la durata stessa degli utensili. L’obiettivo di maggiore interesse è di ottenere un raffreddamento mirato delle matrici di estrusione, permettendo di asportare il calore dove serve, senza l’effetto controproducente sulla billetta in deformazione. La novità in ambito tecnologico arriva dalla possibilità di sfruttare le tecniche di additive manufacturing per la costruzione dei canali di raffreddamento, grazie ai suoi punti di forza in termini di possibilità realizzative di geometrie molto complesse e in sottosquadro. Lo studio degli effetti del raffreddamento delle matrici nel processo di estrusione è stato seguito con un'analisi numerica con un software multi-fisico che permette di effettuare simulazioni termo-strutturali accoppiate. Si sono visti i benefici del raffreddamento, ottenendo da un lato un’asportazione del calore mirata dell’inserto, dall’altro una diminuzione di temperatura della billetta all’uscita del profilo, senza causare eccessivi aumenti della forza di processo. Quindi è possibile ottimizzare i parametri per ottenere un aumento della velocità d’estrusione e quindi di produttività senza avere i difetti sul profilato tipici di eccessive temperature raggiunte. Sviluppi futuri del lavoro saranno la validazione del modello presentato con un’attenta campagna sperimentale. Sarà così possibile migliorare la precisione previsionale dell’analisi simulativa, ottenendo un efficace strumento di supporto alla progettazione delle matrici.

L'obiettivo di questo lavoro di tesi è caratterizzare due tipologie di rinforzi per materiali compositi dal punto di vista della permeabilità, proprietà fondamentale per l'esecuzione di simulazioni di iniezione per tecnologie RTM. Nello specifico, si caratterizzano nella prima parte un tessuto multistrato (biassiale, polipropilene, mat) e nella seconda invece il precedente tessuto con sopra uno strato di tessuto unidirezionale (entrambi in fibra di vetro). Dopo un'introduzione sulle tipologie di fibre e sui vari tessuti, si analizza la teoria che è alla base delle misure di permeabilità per i rinforzi dei materiali compositi, per poi passare alla caratterizzazione vera e propria descrivendo accuratamente le prove sperimentali effettuate (rilevamento dei dati e eventuali alterazioni dovute a fattori esterni) e i relativi risultati.

The PreventIT project is an EU Horizon 2020 project aimed at preventing early functional decline at younger old age. The analysis of causal links between risk factors and functional decline has been made possible by the cooperation of several research institutes' studies. However, since each research institute collects and delivers different kinds of data in different formats, so far the analysis has been assisted by expert geriatricians whose role is to detect the best candidates among hundreds of fields and offer a semantic interpretation of the values. This manual data harmonization approach is very common in both scientific and industrial environments. In this thesis project an alternative method for parsing heterogeneous data is proposed. Since all the datasets represent semantically related data, being all made from longitudinal studies on aging-related metrics, it is possible to train an artificial neural network to perform an automatic domain adaptation. To achieve this goal, a Stacked Denoising Autoencoder has been implemented and trained to extract a domain-invariant representation of the data. Then, from this high-level representation, multiple classifiers have been trained to validate the model and ultimately to predict the probability of functional decline of the patient. This innovative approach to the domain adaptation process can provide an easy and fast solution to many research fields that now rely on human interaction to analyze the semantic data model and perform cross-dataset analysis. Functional decline classifiers show a great improvement in their performance when trained on the domain-invariant features extracted by the Stacked Denoising Autoencoder. Furthermore, this project applies multiple deep neural network classifiers on top of the Stacked Denoising Autoencoder representation, achieving excellent results for the prediction of functional decline in a real case study that involves two different datasets.

L'elaborato tratta, inizialmente, delle generalità dei materiali compositi, facendo particolare riferimento agli elementi che contraddistinguono i materiali protagonisti di questa campagna sperimentale (resine epossidiche, fibre, IMR, binder). Successivamente si passa alla trattazione delle varie tecniche usate per produrre un componente in materiale composito, soffermandosi maggiormente sulla tecnica dell’HP-RTM. Inoltre, poichè nell’elaborazione dei risultati ottenuti sono utilizzati curve gaussiane e istogrammi, è inserito un capitolo con informazioni generali sulla statistica e sulle principali distribuzioni di probabilità. Sono, infine, elencati e spiegati i vari materiali utilizzati, con le varie apparecchiature e i due metodi di invecchiamento, igroscopico e termico.

I materiali compositi, grazie alla combinazione delle proprietà dei singoli componenti di cui sono costituiti, in particolare la coesistenza di elevate caratteristiche meccaniche e pesi ridotti, rivestono da tempo un ruolo fondamentale nell’industria aeronautica e nel settore delle competizioni automobilistiche e motociclistiche. La possibilità di progettare i materiali in funzione della loro applicazione, unita alla riduzione dei costi di produzione, permette una crescente diffusione del loro utilizzo e l’ampliamento delle applicazioni a moltissimi altri settori, sia per componenti di tipo strutturale, sia di tipo estetico. L’obiettivo della presente tesi è analizzare, attraverso una campagna sperimentale, il comportamento di diversi materiali realizzati con la tecnica di produzione HP-RTM, tramite prove di taglio interlaminare e flessione, al fine di verificare l’applicabilità di tale processo a prodotti strutturali, in modo da velocizzare i tempi di produzione e quindi di abbassare i costi, mantenendo al tempo stesso elevate proprietà meccaniche. Lo scopo di questa campagna quindi è fornire, attraverso lo studio di 30 serie di provini, il materiale migliore in termini di resistenza a flessione e taglio interlaminare; inoltre per ogni tipologia di materiale vengono descritte le diverse distribuzioni dei valori di rottura riscontrati, in modo da lasciare al progettista più libertà possibile nella scelta del materiale in base alle specifiche richieste per una determinata applicazione. Questo studio permette di analizzare l’influenza di ogni singolo componente (tipo di fibra, tipo di binder, presenza o assenza di IMR), all’interno della stessa resina.

Calcolo della profondità efficace di carbocementazione per gli acciai a basso tenore di carbonio