Dissertations / Theses on the topic 'Progettazione e Modellazione'

Lo scopo di questo lavoro di tesi è quello di implementare uno strumento che consenta di modificare i parametri di simulazione BPSim per i diagrammi BPMN. In particolare, ci si concentra sulla progettazione e implementazione di una modellazione dinamica che non è altro che la struttura dati di una progressive web application in grado di integrare la simulazione BPSim in un diagramma di processo. L'integrazione delle informazioni fornite dalla specifica BPSim nei diagrammi BPMN e quindi consentire la simulazione dei processi è un'attività particolarmente interessante per le aziende, poiché consente di ridurre al minimo i tempi di fornitura di nuovi prodotti e servizi, massimizzare i profitti e minimizzare i rischi. ########################################################### The purpose of this work is to implement a tool which allows editing BPSim simulation parameters for BPMN diagrams. Specifically, this project consists in the design and implementation of a dynamic modeling which is the "database" of a progressive web application that is able to integrate the BPSim simulation to a process diagram. Integrating the information provided by the BPSim specification into BPMN diagrams and therefore allowing the simulation of processes is a particularly interesting activity for companies, since it allows to minimize the times with which new products and services are provided, maximize profits and minimize risks.

Il progetto di tesi consiste nel progettare e modellare, utilizzando un software di disegno CAD 3D, l’architettura di un nanosatellite CubeSat a partire dallo sviluppo della struttura. Nello specifico esso si declina in una prima parte, dedicata allo sviluppo della struttura con relative analisi per la verifica della resistenza della stessa ai carichi a cui sarà sottoposta durante il lancio, e in una seconda con la quale si ottiene il modello completo passando per la descrizione dei componenti e sottosistemi inseriti. L’obiettivo del presente elaborato è valutare la possibilità di integrare i componenti necessari ad una missione di raccolta dati per una navigazione GPS con componenti miniaturizzati all'interno di una struttura che rientri nella specifica CubeSat 2U.

Nell'elaborato è modellata al CAD la struttura portante di una barella per elisoccorso, dalla geometria simile a quelle esistenti sul mercato. Viene poi svolta un'analisi FEM per verificare le sollecitazioni presenti. In seguito, è disegnata una nuova struttura ottimizzata e sono svolte nuove analisi FEM per la sua verifica. Dai risultati ottenuti si vede come l'ottimizzazione permette di trovare una geometria che, a parità di massa rispetto alla struttura tradizionale, permette una sensibile riduzione delle tensioni.

Progetto di due turbine eoliche di piccola potenza per alimentare utenze remote. Sia la turbina ad asse verticale che quella ad asse orizzontale sono state dimensionate andando ad ottimizzare il funzionamento per un vento di 7.5 m/s ed un carico dato da un alternatore da 500W. Entrambe le turbine sono poi state modellate al CAD e sono stati realizzati i disegni costruttivi di alcuni elementi delle stesse.

Scopo dell'elaborato è lo studio di alcune delle tecnologie e dei problemi legati allo sviluppo di sistemi in Realtà Aumentata, e lo sviluppo, grazie a questi strumenti, di un prototipo dimostrante le potenzialità di questa nuova tecnica di interfacciamento fra uomo e macchina. La trattazione parte da un capitolo dedicato all'introduzione del concetto di Realtà Aumentata, e procede poi con la selezione di un dominio applicativo che possa fornire un campo d'applicazione valido per questa tecnologia: la modellazione 3D. Vengono introdotti inoltre due degli strumenti fondamentali utilizzati in questo progetto: il framework AR Vuforia e il dispositivo per il riconoscimento di gesti Leap Motion. Vengono forniti poi i dettagli implementativi del prototipo, concentrandosi sia sull'integrazione degli strumenti puramente atti alla gestione degli elementi AR, sia su tematiche meramente concernenti la modellazione. Particolare importanza viene data alla gestione dei dati di modellazione ai fini della loro distribuzione e all'integrazione del software Blender come strumento di supporto.

In questo elaborato viene presentato il percorso seguito per la progettazione delle porte e del cruscotto destinati ad essere utilizzati sull’auto solare “Emilia 5”, un prototipo di veicolo elettrico che parteciperà all’edizione 2023 della competizione internazionale “World Solar Challenge” in Australia. Inizialmente nell’elaborato vengono presentati i modelli tridimensionali delle parti in esame, realizzati con il software PTC Creo, e i particolari estetici e funzionali implementati nei modelli. Successivamente, per mezzo di analisi agli elementi finiti svolte con il software commerciale Ansys, sono eseguiti i calcoli strutturali degli oggetti in esame, considerati inizialmente in alluminio, al fine di identificare un sistema che sia resistente alle sollecitazioni imposte. Infine, viene ottimizzata la sequenza di laminazione del materiale composito con cui saranno fabbricati i componenti, nello specifico con la fibra di carbonio. I risultati conseguiti da questo studio verranno impiegati dal gruppo tecnico della squadra italiana “Onda Solare” come base di partenza per la successiva realizzazione delle parti dell’auto “Emilia 5”

Lo scopo di questa tesi è la realizzazione di un editor grafico per la modellazione di superfici NURBS e altri tipi di oggetti tridimensionali, curandone anche il rendering. Il modello a cui ci si è ispirati per la realizzazione è Maya Autodesk, noto software di computer grafica 3D, tramite il quale sono state realizzate molte opere di grafica commerciali come film di animazione e videogiochi. Il software realizzato consente la creazione e modellazione di scene tridimensionali, prevede inoltre la possibilità di salvare le scene create.

Scopo del presente lavoro di tesi è dimensionare a livello preliminare e modellare con software CAD 3D, un dirigibile non-rigido per riprese aeree di eventi sportivi o musicali. Il dimensionamento viene svolto attraverso un metodo tratto dalla bibliografia che si avvale di un processo iterativo che cerca la convergenza tra il peso ottenuto in base al carburante necessario per la missione da compiere e il peso ottenuto sommando tutti i contributi dei componenti del dirigibile, al variare del volume dell’involucro. La descrizione del metodo è preceduta da un’introduzione che descrive alcuni concetti fondamentali legati alle innovazioni che si sono susseguite nel tempo a livello di progettazione e dimensionamento strutturale dei dirigibili. Il dimensionamento ottenuto dal processo iterativo è stato preso come base per la modellazione CAD di un dirigibile equipaggiato con un sistema composto da una camera per riprese aeree e batterie per permettere l'alimentazione degli apparati video e di trasmissione.

Descrizione delle attività preliminari di progettazione di una turbina eolica auto-montante. Scopo di questo studio di fattibilità è ridurre la necessità di impiego di gru pesanti per il montaggio delle torri delle turbine eoliche. Nella tesi sono affrontati il progetto concettuale, un disegno di massima del sistema studiato per sollevare autonomamente la torre. Sono inoltre presenti alcune verifiche dei componenti più critici per confermare l'attuabilità della soluzione.

Lo scopo della tesi è dimensionare un gruppo V-Drive per imbarcazioni, utilizzando le stesse soluzioni costruttive adottate commercialmente per gruppi di piccola potenza. Il V-drive è un meccanismo di rinvio che permette al motore di essere montato non più verso la prua della barca, ma spostato verso poppa, portando numerosi benefici al bilanciamento della stessa barca, alla vivibilità e ai volumi utilizzabili. Un gruppo V-drive originariamente montato su barche dotate di motore da 70 HP con 1800 rpm di giri elica, è stato ridimensionato in modo da tollerare fino a 260 HP sempre a 1800 rpm. Il progetto si prepone quindi di progettare e modellare al CAD tutti i componenti all’interno del gruppo V-Drive per mantenere una vita a usura e una resistenza a rottura accettabili non modificando le configurazioni attualmente proposte sul mercato. Come prima fase si è proceduto a dimensionare il rotismo, composto da due ruote dentate coniche a denti elicoidali; successivamente sono stati dimensionati i cuscinetti necessari a vincolare il suddetto rotismo, e, infine, il profilo scanalato necessario a trasmettere il moto dall’albero su cui sono calettate le due flange di ingresso e uscita moto. Il lavoro di calcolo è stato supportato in parallelo alla modellazione 3D tramite Solidworks, in modo da valutare gli ingombri dei nuovi componenti e modificare, di conseguenza, le altre parti strutturali quali le due semiscatole che contengono il rotismo e i paraoli.

La presente tesi prende spunto da un lavoro professionale commissionato dall’Amministrazione comunale di Picciano (PE). Il progetto riguarda la realizzazione di interventi di messa in sicurezza e di consolidamento di una specifica porzione del centro abitato del comune di Picciano (PE), ubicato nello specifico nella frazione di Piccianello. Il progetto sviluppa e perfeziona le ipotesi di messa in sicurezza di una zona a forte pendenza. Le opere da realizzare prevedono la mitigazione del rischio idrogeologico in una specifica porzione dell’abitato, ubicata a nel territorio comunale di Picciano a nord-est della Frazione Piccianello. L’area di intervento risulta caratterizzata dalla presenza di un evidente fenomeno di detensionamento dei terreni in prossimità di un ingente ciglio di scarpata, con acclarata tendenza regressiva, che minaccia l’abitato ubicato immediatamente a monte e l’importante arteria stradale ubicata a monte e denominata Via Pescara. L’intervento da realizzare è diretto alla riduzione del rischio idrogeologico del tratto di abitato prospiciente la citata Via Pescara, in cui sono presenti importanti strutture quali civili abitazioni e una scuola e la viabilità di collegamento all’interno della frazione, in cui troviamo diverse abitazioni minacciate dall’avanzamento dei fenomeni franosi. L’area di intervento, afferente ad un fenomeno franoso di dimensioni estese, risulta attualmente caratterizzata da fenomeni di frana superficiale lenta di tipo attivo e manifesta un carattere di instabilità legato ad evoluzioni di tipo regressivo del fenomeno. Si è ritenuto quindi fondamentale, per il recupero della funzionalità e della stabilità, prevedere la realizzazione di strutture che possano nel contempo offrire contenimento alle porzioni circostanti e costituire un’efficace barriera ai fenomeni di frana in atto e la validazione delle opere previste tramite modellazione numerica.

In questo elaborato si mostra l'intero percorso di progettazione di un telaio monoscocca in materiale composito per il veicolo solare Emilia 5. Il suddetto è un veicolo ad energia elettrico/solare e viene interamente realizzato dall'azienda Metal TIG di Castel San Pietro Terme (BO). Emilia 5 viene realizzata con l'obiettivo di partecipare nella competizione internazionale World Solar Challenge, una competizione fra auto solari progettate da team di tutto il mondo. Il lavoro di tesi ha previsto la modellazione tramite software CAD della scocca strutturale del veicolo, in funzione di: design estetico desiderato dal team, rispetto di superfici aerodinamiche in parte pre-stabilite, rispetto del regolamento del 2021 ed ovviamente massimizzazione della rigidezza della struttura. Successivamente alla modellazione CAD, eseguita per superfici, è seguita la parte di effettivo dimensionamento delle singole parti dello chassis, in prima analisi assunto in lega di alluminio e soltanto poi in materiale composito. Il suddetto dimensionamento è stato effettuato in funzione del raggiungimento di valori target, trovati in letteratura del settore automotive, di rigidezza torsionale e flessionale di un telaio ed in funzione delle simulazioni statiche di "crash" previste dal regolamento (analisi FEM). Gli spessori della struttura "di prova" in alluminio sono stati ricavati partendo da uno spessore costante per l'intera geometria e, tramite i risultati delle simulazioni FEM, si sono man mano rinforzate le singole sezioni. A riprova di questa analisi, è stato anche utilizzato un algoritmo genetico di ottimizzazione per trovare gli spessori delle parti, ottenendo risultati convergenti. Sulla base di questi risultati, noti i materiali compositi disponibili e le relative caratteristiche meccaniche, si è ottimizzata una sequenza di laminazione tale da minimizzare il peso della struttura ed ottenere valori di rigidezza e resistenza ottimali per tutte le prove di carico.

Inspections of both industrial and civil structures are necessary to prevent damages and loss of human life. Although robotic inspection is gaining momentum, most of the operations are still performed by human workers. Many are the factors that slow down the spread of inspection robots, in particular, the lack of versatility as well as the low reliability of these devices constitute a huge limitation. In this work, we propose a novel hybrid platform in the context of industrial inspection tasks, with the main focus on the design of the Crawler Unit. The aim is to address versatility issues exploiting modularity and self-reconfigurability. The final platform will consist of three main components: a Main mobile Base and two Crawler Units. All these systems would operate independently accomplishing specific inspection tasks. However, docking interfaces on each device will allow the systems to reconfigure into different robots extending the application range of each unit. The Crawler Unit will work mainly in constrained environments and narrow spaces. The Main Base will monitor wide areas, carrying around the Crawlers and deploying them near the inspection target. For dealing with challenging conditions, the two Crawler Units will dock together, reconfiguring into a snake-like robot. Additionally, docking to the Main Base, the two Crawlers would operate also as robotic arms, providing manipulation abilities to the system, thus allowing to perform maintenance operations as well. The Crawler kinematics and dynamics are investigated through theoretical models which provide the foundation for the mechanical design and the control algorithm development. The first prototype of the Crawler Unit validates the theoretical results achieving interesting performance over flat and uneven terrains. However, some design issues limit the prototype mobility. The second version of the Crawler tackles those issues introducing some innovations in the system design and enhances the performance of version one. Still, the project is at an early stage of development, revisions or adjustments on the mechanical systems of the Crawlers will follow. Future works would focus also on improving the dynamic models introducing common inspection scenarios for developing advanced control strategies.

L’obbiettivo di questo elaborato di tesi è verificare la fattibilità di una macchina di Stirling a basso costo e stimare a livello preliminare possibili rendimenti e potenze erogabili. Si è prevista una alimentazione con scarti termici di processi di lavorazione o di centrali elettriche, dove si ipotizza che l’acqua venga scaricata a pressione ambiente a temperature prossime ai 90°C. Perciò, il motore è progettato considerando una differenza di temperatura di 80°C fra sorgente calda e fredda (in prima approssimazione si assume una temperatura esterna media di 10°C) e si ricava la potenza erogata e il rendimento. Come prima fase di lavoro ho visionato dispense e libri disponibili in rete, per documentarmi su questa macchina di cui non avevo sentito parlare durante il mio ciclo di studi; dai documenti trovati ho potuto comprendere la storia ed il ciclo termodinamico del motore inventato dai fratelli Stirling. Dopo aver capito il funzionamento del motore ho definito il modello matematico di studio, scegliendo l’approccio isotermico, proposto dal Professor Urieli della Ohio University. Oltre alla spiegazione dell’analisi di Schimdt, utile per rilevare le capacità termodinamiche del motore sotto esame, sul sito sono disponibili anche codici di simulazione utili a comprendere i principi di funzionamento di questi motori. Osservando questi programmi e studiando l’architettura tipica dei motori Stirling a bassa differenza di temperatura ho realizzato due funzioni che permettono l’ottimizzazione su base statistica e l’analisi della macchina da me progettata. Terminata la definizione dei parametri dimensionali del motore, ho proceduto con la realizzazione di un modello semplificato CAD 3D del motore, utilizzando il programma di disegno Solidworks. Completati i disegni di tutti i singoli componenti, essi sono stati assemblati ed è stato testato virtualmente il movimento reciproco delle parti.

Partendo dalla progettazione di un arredo, vista la situazione pandemica che spesso non ha permesso spostamenti tra paesi e il progressivo avanzamento del mondo virtuale (Metaverso), è nata l’idea della creazione di uno showroom virtuale per la presentazione dei nuovi prodotti. La struttura è completamente modellata in 3d e permette ai clienti di interagire autonomamente con i diversi arredi inseriti all’interno delle differenti sale o attraverso un percorso automatico preimpostato su alcune delle viste più significative. Un nuovo metodo che, a differenza dei soliti render statici, permette di scoprire gli arredi da diverse angolature, con diversi materiali e già in set di prodotti, rendendo la visita virtuale una vera e propria esperienza.

La progettazione impiantistica, che in ambiente BIM prende il nome di MEP (Mechanical, Electrical e Plumbing), è una delle parti più recentemente sviluppate del BIM. La modellazione degli impianti è stata per molto tempo trascurata, seppure l’interoperabilità del BIM permetta un perfetto coordinamento e controllo delle interferenze già in fase di progettazione e una velocità di modellazione non indifferente. Presumibilmente ciò è stato legato all’incapacità del software, fino a tempi molto recenti, di effettuare calcoli e verifiche con affidabilità direttamente nell’ambiente di modellazione. Dati i recenti sviluppi, l’obiettivo di questa tesi è stato quello di strutturare un processo per l’ottimizzazione di un impianto, analizzare la maniera in cui tale processo si affronta in BIM e applicarlo a dei casi reali per capirne le potenzialità e le criticità. L’ottimizzazione di un impianto VMC ha riguardato il dimensionamento dei condotti, il bilanciamento dei sistemi e infine un’analisi acustica dettagliata, in virtù del rispetto dei requisiti acustici passivi degli edifici dettati dalle norme vigenti. Con il software Revit e il plug-in di supporto MagiCad, non è stato necessario appoggiarsi ad un software esterno per ottenere dei risultati affidabili, che permettessero una progettazione veloce ma qualitativa. I diversi tools del software permettono, infatti, di imporre varie condizioni differenti e personalizzate ai fini del calcolo. Proprio quest’ottima flessibilità ha permesso di sviluppare il punto centrale di questa tesi: l’implementazione di un procedimento che applicasse il dimensionamento ad una rete articolata, discretizzando i piani in zone per destinazione d’uso per garantire i parametri limite desiderati e consigliati da normativa. L’applicazione concreta del metodo è stata eseguita su un modello virtuale elaborato, per poi estenderlo ad un caso reale di larga scala: una sede di uffici, progetto fornito dall’azienda partner del tirocinio e della tesi.

Il presente studio si colloca nell’ambito di una ricerca il cui obiettivo è la formulazione di criteri progettuali finalizzati alla ottimizzazione delle prestazioni energetiche delle cantine di aziende vitivinicole con dimensioni produttive medio-piccole. Nello specifico la ricerca si pone l’obiettivo di individuare degli indicatori che possano valutare l’influenza che le principali variabili progettuali hanno sul fabbisogno energetico dell’edificio e sull’andamento delle temperature all’interno dei locali di conservazione ed invecchiamento del vino. Tali indicatori forniscono informazioni sulla prestazione energetica dell’edificio e sull’idoneità dei locali non climatizzati finalizzata alla conservazione del vino Essendo la progettazione una complessa attività multidisciplinare, la ricerca ha previsto l’ideazione di un programma di calcolo in grado di gestire ed elaborare dati provenienti da diversi ambiti (ingegneristici, architettonici, delle produzioni agroindustriali, ecc.), e di restituire risultati sintetici attraverso indicatori allo scopo individuati. Il programma è stato applicato su un caso-studio aziendale rappresentativo del settore produttivo. Sono stati vagliati gli effetti di due modalità di vendemmia e di quattro soluzioni architettoniche differenti. Le soluzioni edilizie derivano dalla combinazione di diversi isolamenti termici e dalla presenza o meno di locali interrati. Per le analisi sul caso-studio ci si è avvalsi di simulazioni energetiche in regime dinamico, supportate e validate da campagne di monitoraggio termico e meteorologico all’interno dell’azienda oggetto di studio. I risultati ottenuti hanno evidenziato come il programma di calcolo concepito nell’ambito di questo studio individui le criticità dell’edificio in termini energetici e di “benessere termico” del vino e consenta una iterativa revisione delle variabili progettuale indagate. Esso quindi risulta essere uno strumento informatizzato di valutazione a supporto della progettazione, finalizzato ad una ottimizzazione del processo progettuale in grado di coniugare, in maniera integrata, gli obiettivi della qualità del prodotto, della efficienza produttiva e della sostenibilità economica ed ambientale.
This study aims to find design criteria for energy performance maximization for wineries in small-medium wine-growing and producing farms. Specifically, the research identifies indicators in order to assess the influence of different design solutions on the winery energy demand and on the temperature trends within wine-ageing and wine-keeping rooms. These indicators provide information about winery energy performances and about non-conditioned-room suitability to preserve and age the wine. The winery design can be a complex, multidisciplinary activity, hence a program has been created in order to manage and calculate data coming from different design areas (oenology, architecture, materials, etc.) returning results in terms of the abovementioned indicators. The program is applied on a case-study farm winery. Two different type of harvest and four architectural solutions have been considered. The building solutions have been generated by the combinations of different thermal insulation and underground/aboveground building. To complete the analysis of the winery case-study, whole building energy simulations have been performed. The simulations have been supported and validated by a thermal and meteorological survey carried out within the case-study farm. The results underline the program capability to show the building criticality in terms of energy efficiency and thermal “comfort” for the wine, allowing an iterated revision of the investigated design solutions. The program proves to be a computerized assessment tool in support of energy-efficiency-oriented design, allowing the user to manage, integrate and combine the aims of product quality, production efficiency and economical and environmental sustainability. Key words: winery, energy efficiency, integrated design, wine-ageing

Il presente studio si colloca nell’ambito di una ricerca il cui obiettivo è la formulazione di criteri progettuali finalizzati alla ottimizzazione delle prestazioni energetiche delle cantine di aziende vitivinicole con dimensioni produttive medio-piccole. Nello specifico la ricerca si pone l’obiettivo di individuare degli indicatori che possano valutare l’influenza che le principali variabili progettuali hanno sul fabbisogno energetico dell’edificio e sull’andamento delle temperature all’interno dei locali di conservazione ed invecchiamento del vino. Tali indicatori forniscono informazioni sulla prestazione energetica dell’edificio e sull’idoneità dei locali non climatizzati finalizzata alla conservazione del vino Essendo la progettazione una complessa attività multidisciplinare, la ricerca ha previsto l’ideazione di un programma di calcolo in grado di gestire ed elaborare dati provenienti da diversi ambiti (ingegneristici, architettonici, delle produzioni agroindustriali, ecc.), e di restituire risultati sintetici attraverso indicatori allo scopo individuati. Il programma è stato applicato su un caso-studio aziendale rappresentativo del settore produttivo. Sono stati vagliati gli effetti di due modalità di vendemmia e di quattro soluzioni architettoniche differenti. Le soluzioni edilizie derivano dalla combinazione di diversi isolamenti termici e dalla presenza o meno di locali interrati. Per le analisi sul caso-studio ci si è avvalsi di simulazioni energetiche in regime dinamico, supportate e validate da campagne di monitoraggio termico e meteorologico all’interno dell’azienda oggetto di studio. I risultati ottenuti hanno evidenziato come il programma di calcolo concepito nell’ambito di questo studio individui le criticità dell’edificio in termini energetici e di “benessere termico” del vino e consenta una iterativa revisione delle variabili progettuale indagate. Esso quindi risulta essere uno strumento informatizzato di valutazione a supporto della progettazione, finalizzato ad una ottimizzazione del processo progettuale in grado di coniugare, in maniera integrata, gli obiettivi della qualità del prodotto, della efficienza produttiva e della sostenibilità economica ed ambientale.
This study aims to find design criteria for energy performance maximization for wineries in small-medium wine-growing and producing farms. Specifically, the research identifies indicators in order to assess the influence of different design solutions on the winery energy demand and on the temperature trends within wine-ageing and wine-keeping rooms. These indicators provide information about winery energy performances and about non-conditioned-room suitability to preserve and age the wine. The winery design can be a complex, multidisciplinary activity, hence a program has been created in order to manage and calculate data coming from different design areas (oenology, architecture, materials, etc.) returning results in terms of the abovementioned indicators. The program is applied on a case-study farm winery. Two different type of harvest and four architectural solutions have been considered. The building solutions have been generated by the combinations of different thermal insulation and underground/aboveground building. To complete the analysis of the winery case-study, whole building energy simulations have been performed. The simulations have been supported and validated by a thermal and meteorological survey carried out within the case-study farm. The results underline the program capability to show the building criticality in terms of energy efficiency and thermal “comfort” for the wine, allowing an iterated revision of the investigated design solutions. The program proves to be a computerized assessment tool in support of energy-efficiency-oriented design, allowing the user to manage, integrate and combine the aims of product quality, production efficiency and economical and environmental sustainability. Key words: winery, energy efficiency, integrated design, wine-ageing

Il progetto di tesi esplora la realizzazione di un cortometraggio di animazione in 3D andando ad analizzarne le diverse fasi di sviluppo e concentrandosi sull'utilizzo di tecnologie e tecniche per avere un risparmio economico e computazionale.

L'obiettivo di questo elaborato è quindi quello di progettare e realizzare un editor grafico per la modellazione di oggetti tridimensionali, di consentire ad un utente di costruire scene complesse curandone il rendering. Il progetto è stato realizzato facendo uso del linguaggio C++ e degli strumenti messi a disposizione dalle librerie OpenGL

L’utilizzo di un ambiente di software per le simulazioni e i test permette già in fase di progettazione di poter valutare la validità delle scelte progettuali operate. L’impiego, quindi, di tali tecniche riduce il numero dei prototipi da realizzare, diminuendo così i costi di progettazione e da la possibilità al progettista di ripetere i test con una facile riconfigurabilità del sistema in caso di modifica del modello originario. I moderni CAD sono integrati con moduli di calcolo specifici e necessari alla progettazione meccanica, in modo da costituire per il progettista uno strumento sempre più completo. Durante il processo di progettazione, comunque, è necessario utilizzare differenti strumenti software ed è quindi necessario che le feature del modello si mantengano inalterate nel passaggio tra un software e l’altro. Attualmente il protocollo API garantisce una conservazione delle caratteristiche del modello e una minimizzazione della possibilità di errore nello scambio dati. L’utilizzo di questo protocollo di scambio ha permesso di realizzare degli applicativi utili nella progettazione meccanica e allo stesso tempo facili da utilizzare. L’interfaccia grafica è di tipo user-friendly, in modo da guidare l’utente nelle singole operazioni riducendo al minimo la possibilità di errore e per permettere a quest’ultimo di interagire in maniera semplice con il software. Questa metodologia ha permesso di sviluppare i seguenti tools per: • la realizzazione di modelli tridimensionali del corpo umano per la riproduzione e l’analisi del movimento; • la modellazione CAD parametrica di modelli di abitacoli di autoveicoli; la catalogazione e la ricostruzione digitale dei reperti archeologici
The environment of software simulations allows to estimate, during the design process, the goodness of the planning choices. These applications reduce the number of prototypes, reducing the costs of design, moreover the designer can repeat the tests easily. Actually, the software CAD include calculating modules necessary to the mechanical planning. In this way they are a valid tool for the designer. Often, during the design process, it is necessary to use different kind of software keeping the feature of the original model. The API protocol assures the conservation of features of the original model minimizing the possibility of errors. By means of using this protocol of data exchange, some software tools are developed. Their graphical interface is a user-friendly one. It allows to drive the user across the operations, minimizing the risk of error. These tools have a high level of automation, allowing to the user to easily interact with the software. The applications developed allow to: • realize 3D model of the human body for reproduction and analysis of motion • shape parametric model of automotive inside • file and digital rebuild some kind of find

Negli ultimi anni il continuo sviluppo della tecnologia ha permesso l'inserimento della computazione in maniera pervasiva nella vita quotidiana, prima creando ambienti connessi e intelligenti, poi portandola addirittura nelle proprie tasche. Il prossimo grande passo avanti nell'era della tecnologia è quello della realtà aumentata. Augmented Reality (AR), Mixed Reality (MR) e Virtual Reality (VR) stanno giocando infatti un ruolo fondamentale nella progettazione del nostro futuro, intensificando il modo in cui viviamo il mondo e aumentando le capacità con cui lo percepiamo. L'innovazione portata dall'AR toccherà, e cambierà radicalmente la maggior parte degli aspetti della vita quotidiana, dal lavoro alla società, sviluppando ambienti sempre più intelligenti e interattivi. L'AR si presenta porprio come il porssimo grande passo per l'uomo da compiere nella tecnologia. Questa tesi si inserisce nell'ambito dell'augmented e mixed reality, prendendo come punto di riferimento il modello di Augmented World (AW). Nella costruzione di un AW è di fondamentale importanza la rappresentazione digitale degli oggetti fisici in entità aumentate all'interno del mondo. Si deve in questo senso ideare un approccio che permetta di generare e gestire un accoppiamento efficace delle due realtà: fisica e digitale. L'obiettivo principale di questa tesi è quello di offrire uno strumento per la modellazione di oggetti fisici all'interno di un AW, rappresentandoli con entità digitali dotate di posizione, estensione e stato.

Scopo di questa tesi sono lo sviluppo del modello dinamico per simulazione del volo di un velivolo dell’aviazione generale, il Procaer F15E Picchio, e la prova del modello su di un simulatore di volo in ambiente Simulink. La prima attività svolta è stata la modellazione al CAD del velivolo per meglio comprenderne la geometria: è stato quindi modellato in 3D il Picchio in ambiente SolidWorks. Completato il disegno dell’aereo e assunta come geometria di riferimento quella modellata al CAD, sono stati calcolati tutti i coefficienti aerodinamici, che sono parte dei parametri necessari all'implementazione del modello dinamico di un velivolo. In un secondo momento, le derivate aerodinamiche, i parametri inerziali e geometrici del velivolo e il gruppo motopropulsore sono stati utilizzati per realizzare il modello dinamico del Picchio, che è stato testato in un simulatore di volo, in modo da verificare la stabilità dell’aereo in volo livellato ed il comportamento dinamico in seguito a manovre impostate sul simulatore. In seguito alle prove svolte, il velivolo risulta essere stabile sia per quanto riguarda la dinamica longitudinale che quella latero-direzionale.

Il lavoro svolto si pone come obbiettivo quello di simulare in regime dinamico il comportamento energetico del sistema impianto/edificio del teatro Carani sito a Sassuolo. I risultati verranno poi valutati al fine di confermare la corretta progettazione dell'impianto scelto. Infine verrà studiato il comportamento del sistema al variare di alcuni possibili parametri di progettazione

Questo elaborato di tesi si pone l’obiettivo di studiare e confrontare tra loro due diversi approcci di modellazione attualmente forniti dalla letteratura per valutare il comportamento sismico degli edifici multipiano in CLT, arrivando a proporre un modello semplificato che ben predica il comportamento di edifici multipiano in CLT, differenti tra loro per morfologia ed azioni applicate, in risposta ad azioni sismiche. Con lo scopo di coprire un numero di casi ampio, si è implementata un’analisi parametrica con un alto numero di variabili. Nel dettaglio, si sono analizzati edifici con diverso numero di piani, diversa azione sismica agente, diverso carico applicato e diversa larghezza delle pareti. Gli approcci utilizzati per condurre le analisi sono due. Il primo è un approccio per componenti, nel quale vengono adottati vincoli lineari per implementare le connessioni mentre le pareti vengono modellate con elementi tipo shell. Il secondo è un approccio semplificato fenomenologico, il quale non prevede l’implementazione dei sistemi di connessione, ma si basa sull’utilizzo di un modulo elastico equivalente che, una volta assegnato al pannello, riesce a riassumere e descrivere il comportamento complessivo della parete, comprendendo anche quello delle connessioni. L’obiettivo principale di questo lavoro è quello di confrontare le due diverse tipologie di modellazione appena citate, con lo scopo di calibrare un valore di modulo elastico equivalente da assegnare alle pareti di un modello fenomenologico. Tale valore verrà valutato per mezzo di analisi sismiche dinamiche lineari a partire dagli spostamenti che si verificano sulla struttura allo stato limite di danno nel modello per componenti, cercando di riprodurre fedelmente tali spostamenti nel modello fenomenologico. Da questo confronto si è ottenuto modello semplificato, di tipo fenomenologico, che permette di stimare il periodo proprio di vibrare, gli spostamenti della struttura e le forze sollecitanti.

Il progetto realizzato consiste in uno strumento software in grado di effettuare una conversione di file, dal formato MIDI al formato MusicXML. Il tool è il proseguimento di un’attività basata sull'analisi di reti complesse e sullo sviluppo di strumenti per la modellazione di spartiti musicali. Melodie, assoli ed in generale tracce musicali sono rappresentabili come reti complesse, in cui i nodi identificano le note del brano e gli archi mostrano le sequenze con cui queste vengono suonate. Utilizzando la teoria delle reti è possibile estrarre alcune metriche principali che caratterizzano il brano in questione. Per la generazione della rete si è fatto uso di spartiti musicali descritti tramite lo standard MusicXML. File in questo formato sono difficilmente reperibili, per cui lo strumento realizzato si propone di effettuare una conversione da formato MIDI a formato MusicXML, con l’obiettivo di ottenere un database più esteso. Attraverso il tool sono stati convertiti brani di diverso genere, le cui reti relative sono state poi analizzate applicandovi le metriche principali ed effettuando le dovute valutazioni.

Lo scopo di questa tesi è la progettazione preliminare della struttura di un simulatore di volo per il velivolo Picchio F15E. Non avendo materiale tecnico a disposizione, ho pensato a delle possibili soluzioni costruttive per permettere a ogni comando di volo di svolgere al meglio le proprie funzioni. Importante è stata la scelta dei potenziometri da utilizzare al fine di garantire un sistema di acquisizione degli spostamenti dei comandi di volo non più meccanico come sul velivolo originale, ma tale da poter essere collegato ad un PC su cui è installato un modello dinamico di simulazione. Parti fondamentali del progetto sono state l’analisi delle fasi di montaggio e, di conseguenza, la necessità di garantire, in caso di rottura o malfunzionamento, la sostituzione repentina di ogni singolo componente del simulatore. Ho cercato di utilizzare il minor numero di componenti, talvolta riproponendoli in più di un comando di volo rendendone più veloce la fase di progettazione, oltre a facilitarne il processo di produzione. Terminata questa prima fase, sono passato alla modellazione CAD sfruttando il software Solidworks e ho realizzato un modello della cabina del simulatore inserendo i comandi di volo precedentemente disegnati insieme a due manichini e due sedili, al fine di mostrare l’ergonomia del simulatore. Si tratta di un progetto concettuale e preliminare che, in presenza di dati precisi circa gli ingombri, potrà essere facilmente modificato e adattato alle necessità di un eventuale produttore del simulatore.

I temi dell’efficienza energetica e della sostenibilità ambientale rappresentano una delle sfide più importanti per il futuro della nostra società. In Italia circa il 65% degli edifici è stato costruito precedentemente alla prima legge che introduceva criteri per il risparmio energetico. In questo contesto assumono importanza le azioni di retrofit energetico che rappresentano un aggiornamento funzionale e prestazionale delle preesistenze mediante l’applicazione di tecnologie innovative finalizzate al risparmio e all’uso efficiente di energia ad esempio attraverso l’uso della climatizzazione passiva. La sfida che questa tesi intraprende è quella di analizzare un particolare sistema di climatizzazione passiva, la serra bioclimatica, in rapporto all’ambiente in cui viene progettata. Mediante Design Builder, software di simulazione energetica dinamica, è stato valutato in primo luogo un modulo base ubicato idealmente a Bologna del quale sono state fatte modellazioni di una semplice finestra, di una vetrata e infine di una serra solare grazie alle quali è stato possibile comprendere il funzionamento dei sistemi. Le simulazioni sono state poi estese ad altre due località italiane, Dobbiaco e Bari, rispettivamente a una latitudine maggiore e ad una minore in relazione a Bologna in modo da valutare la serra nei diversi climi: temperato freddo, continentale e caldo. È stato così possibile definire quali accorgimenti fossero necessari ad ottimizzare il guadagno energetico della serra nei tre climi. Una seconda ricerca relativa ad un caso studio ad Atene, inoltre, ha messo in evidenza come questo sistema di efficientamento energetico non sia la migliore soluzione per ogni tipo di clima. La serra in un clima caldo può addirittura risultare controproducente ai fini del risparmio energetico, si è quindi valutato quali accorgimenti debbano essere adottati per ottimizzarne l’uso in riferimento anche all’esposizione della serra.

La seguente tesi tratta della progettazione e realizzazione di un software per l'arredamento personalizzato d'interni. L'applicazione creata con Unity, permette di progettare e realizzare l'arredamento di un ambiente interno con l'utilizzo di modelli tridimensionali. Nell'applicazione è possibile caricare un proprio modello fbx contentente una stanza tridimensionale, oppure scegliere tra quelle presenti. A questo punto l'utente può scegliere dal catalogo i modelli 3D da utilizzare per arredare la stanza.

L'elaborato è basato sullo studio di un sistema di rinforzo esterno per il miglioramento sismico degli edifici applicato ad un caso studio reale del territorio emiliano. L'edificio in questione è in muratura e presenta tre livelli. Si è scelto inizialmente come posizionare il sistema di rinforzo TimeSafe (travi e pilastri) e si è proceduto alla modellazione della struttura esistente con il software 3MURI. Successivamente è stato modellato il caso post-intervento ed è stata valutata l'entità del miglioramento ottenibile tramite varie analisi. L'analisi più significativa per gli edifici in muratura è quella di Pushover che, attraverso le curve di capacità, ha mostrato come si modifica il comportamento della struttura con rinforzo rispetto al caso senza rinforzo. Infine si è osservato che il valore dell'indice di sicurezza (IS) aumenta in maniera significativa nel caso post-intervento, a conferma del fatto che il sistema di rinforzo TimeSafe oltre alle buone capacità di isolamento termico presenta buone prestazioni per l'adeguamento sismico.

Nell’ambito di un più vasto progetto di ricerca mirato alla conoscenza storica e architettonica dell’opera dell’architetto rinascimentale Giuliano da Sangallo, la seguente tesi propone lo studio, attraverso i metodi della modellazione digitale e del rilievo ad alta risoluzione, di Palazzo Lante-Orsini a Roma. La fase successiva al rilievo è stata caratterizzata dall’elaborazione delle informazioni, raccolte in modelli progettati per ospitare contenuti eterogenei, non solamente di carattere geometrico ma anche conoscitivo. Le nuvole di punti raccolte e registrate dagli strumenti attivi e passivi sono state rielaborate geometricamente per giungere alla generazione di componenti architettonici semantici, aggregati secondo le regole dell’architettura classica per valutare come proporzione e grammatica siano state interpretate dal Sangallo nella realizzazione dell’opera. Anche le difformità con i disegni originali e i materiali d’archivio, con le conseguenti varianti realizzate, sono state considerate nel raggiungimento dell’obiettivo operativo finale: la costruzione di un modello regolato da parametri, generato a partire da dati reali accurati e completato da informazioni pertinenti il monumento, che possono potenzialmente garantire una documentazione completa e analitica delle condizioni nelle quali si trova il complesso, anche in funzione di future operazioni di restauro, recupero, manutenzione o salvaguardia.

Col presente elaborato in primo luogo, si intende descrivere i fenomeni fisici che contribuiscono alla definizione della risposta sismica locale, al fine di mettere in luce i limiti dei metodi proposti dalla normativa per la definizione delle azioni sismiche sulle costruzioni. L’obiettivo del lavoro è di pervenire ad un metodo integrativo rispetto a quello semplificato di normativa, per la valutazione delle accelerazioni attese sulle strutture, capace di tener conto degli effetti di risonanza del terreno. A tale scopo si è proceduto con una intensa fase di modellazione numerica di risposta sismica locale, finalizzata alla restituzione di fattori moltiplicativi, dipendenti dalla velocità ‘media’ delle onde di taglio,

L’obiettivo di questa tesi è valutare la possibilità di impiegare il modulo di analisi fluidodinamica del codice CAD Solidworks (Floworks) per svolgere i calcoli usuali in fase di progetto concettuale degli aeromobili. Per valutare l’usabilità dello strumento e la sua precisione sono stati modellati, all’interno del software CAD 3D, tre velivoli dell’aviazione commerciale appartenenti a diverse categorie di aeromobili, dei quali sono noti tutti i dati relativi a dimensioni, pesi, coefficienti aerodinamici e profilo tipico di missione. Assumendo il modello CAD 3D modellato come geometria di riferimento, è stato svolto il calcolo delle forze aerodinamiche tramite Floworks ed è stato sviluppato un algoritmo in Matlab per ricavare i valori dei coefficienti C_Le C_D (coefficiente di portanza e resistenza rispettivamente) a partire dai dati in uscita dalla CFD, che sono stati poi riportati graficamente in figure. In un secondo momento sono stati confrontati i risultati del codice Floworks con quelli forniti dalla letteratura per ogni singolo velivolo e con i valori calcolati attraverso le metodologie tipicamente usate nelle stime preliminari dei progetti concettuali. In questo modo è stato valutato il grado di precisione dello strumento di analisi CFD ed è stato analizzato l’errore atteso in caso di impiego nel progetto preliminare degli aeromobili. Infine, come caso di studio, è stato modellato un nuovo velivolo pensato per la partecipazione a una competizione indetta dall’ICAO, del quale sono state verificate le caratteristiche per comprendere come l’uso dei CFD può essere inserito nel ciclo di sviluppo di un prodotto aeronautico. La tesi si conclude con alcune considerazioni riepilogative riguardo all’errore atteso in base al coefficiente aerodinamico di interesse.

L’obiettivo principale del presente elaborato è lo studio di interventi di miglioramento sismico per edifici in muratura, caratterizzati da una configurazione in pianta allungata e dall’assenza di tamponature interne a seguito delle modificazioni subite nei secoli o decenni precedenti. In particolare, tali interventi prevedono la messa in opera di pareti di tamponamento in muratura o in Clt, a ripristinare la geometria originale della costruzione. A tale scopo, sono state eseguite analisi statiche non lineari su un edificio, preso come caso studio, nello stato di fatto e nello stato di progetto, analizzando diverse possibili configurazioni delle pareti di tamponamento. Ai fini della modellazione dei citati interventi di miglioramento, un aspetto cruciale del lavoro ha riguardato la calibrazione e validazione di un modello a telaio equivalente per le pareti in Clt da poter applicare per la modellazione dell’edificio in esame. Per la calibrazione del modello e dei legami costitutivi delle cerniere fenomenologiche da associare alle modalità di rottura dei pannelli in Clt, si è partiti dal caso di un singolo pannello in Clt e si sono poi analizzati casi via via più complessi, fino ad arrivare a studiare l’interazione tra una parete in Clt e una in muratura. Successivamente alla validazione del modello esso è stato applicato su un caso di studio di un edificio in muratura, avente le caratteristiche descritte in precedenza. Le configurazioni di progetto considerate prevedevano l’inserimento di una o più pareti in muratura o in Clt al fine di analizzare i benefici offerti da questi interventi in termini di risposta strutturale. Si è inoltre analizzata la presenza di solai rigidi o deformabili. Dal confronto dei risultati ottenuti si evince che la presenza di pareti in Clt con entrambi i tipi di solai, rispetto a quella di pareti in muratura, contribuisce ad incrementare sia la resistenza massima della struttura che la duttilità.

2013/2014
Nella presente tesi si sono analizzate le principali problematiche relative alla modellazione non lineare delle strutture composte intelaiate in zona sismica. Nella prima parte si sono esaminati in dettaglio i criteri attualmente adottati nella progettazione classica delle strutture intelaiate composte acciaio-calcestruzzo, facendo principalmente riferimento alle indicazioni sismiche fornite dall’Eurocodice 8. Successivamente si è affrontato il tema della progettazione del giunto composto, a questo proposito si è definito un iter progettuale con una procedura semplificata passo-passo utilizzando un software sviluppato in Excel. Tale software è stato sviluppato con lo scopo principale di facilitare la progettazione dei giunti saldati e flangiati indicando i passi e le verifiche da eseguire fino all’ottenimento della risposta in termini di momento-rotazione. La procedura di progettazione è stata poi validata sulla base di un test sperimentale per entrambi i giunti. Nel terzo capitolo è stata affrontata la tematica relativa alla modellazione non lineare della struttura con riferimento ad un telaio multipiano oggetto di studio di ricerca presso l’università del Sannio. Le non linearità del telaio si sono modellate prima attraverso l’uso di cerniere rigido-plastiche e in un secondo momento attraverso molle elasto-plastiche unite alla trave ed alla colonna con dei tratti rigidi. Sono stati forniti tutti i dettagli per una corretta modellazione e uso con il software agli elementi finiti Sap2000 al fine di condurre una analisi statica non lineare di “Pushover”. Per meglio comprendere i reali meccanismi che si vengono a realizzare in prossimità delle zone nodali, si è considerata la modellazione solida 3D agli elementi finiti facendo riferimento al software Abaqus/CAE. Anche in questo caso è stata presentata una procedura di modellazione passo-passo, atta a rendere semplice anche questo tipo di analisi. La modellazione 3D è stata applicata sia alla tipologia di giunto saldato che a quello flangiato. In particolare, si sono analizzati a fondo i modelli di materiale impiegati, studiando la derivazione dei parametri che ne governano il loro comportamento. Si sono inoltre introdotte diverse tecniche di modellazione delle interazioni tra gli elementi che compongono il giunto. Sulla base dei risultati dei test sperimentali condotti presso l’Università Federico II di Napoli, è stato validato il modello agli elementi finiti solidi proposto. L'analisi della risposta numerica ottenuta, sotto un carico monotono si è dimostrata coerente con l’inviluppo della risposta ciclica sperimentale, sia per le risposte locali che per quelle globali. Questo tipo di modellazione si è inoltre dimostrata in grado di predire adeguatamente anche i fenomeni di instabilità locale che avvengono nelle fasi finali di comportamento del giunto. In conclusione, si può affermare che la tesi qui sviluppata può costituire un primo punto di partenza per la progettazione sismica delle strutture composte acciaio-calcestruzzo, argomento particolarmente complesso e articolato. Inoltre, il fatto che il modello numerico agli elementi finiti di tipo solido sviluppato si sia dimostrato particolarmente affidabile per lo studio di questo tipo di strutture, può fare propendere per un suo ampio utilizzo nello sviluppo preliminare di nuovi prototipi di giunti composti.
XXVII Ciclo
1969

La seguente tesi si propone di indagare le potenzialità della metodologia Building Information Modeling (BIM) nell’ambito del progetto delle infrastrutture stradali, analizzando i cambiamenti significativi che sta introducendo e confrontandola con i metodi di progettazione tradizionale. Dopo una descrizione su cosa è il BIM e quali sono le sue caratteristiche, ci si sofferma sui concetti chiave di interoperabilità, scambio dati e livelli di sviluppo. La gestione di progetti a vasta scala, come possono essere quelli legati al territorio e alle infrastrutture in modalità BIM, infatti, non sono di facile gestione. Si deve tener conto di opere che si estendono per diversi chilometri, in maniera georeferenziata e comprendenti anche rilievi territoriali. Secondo questo criterio si utilizza un unico modello virtuale capace di racchiudere in se molte delle possibili informazioni inerenti ai diversi aspetti del progetto. I vari dati possono essere utilizzati per migliorare la cooperazione tra tutti i soggetti coinvolti. Per valutare le potenzialità del BIM nel progetto di un’infrastruttura stradale è stato preso in considerazione un caso di studio reale, ossia il progetto di riqualifica della S.P. 46 Rho-Monza. È stata sviluppata la progettazione stradale relativa allo studio planoaltimetrico di due delle viabilità complanari di progetto, integrata con la progettazione del sistema di smaltimento delle acque di piattaforma. Allo stesso tempo, sono stati realizzati i collegamenti con la viabilità originale, attraverso la modellazione di tre intersezioni a raso a rotatoria e di una delle viabilità interferite con la rete stradale locale. Il confronto con il progetto secondo le modalità tradizionali ha consentito di comprendere la concreta ed effettiva potenzialità che la nuova metodologia di progettazione basata sul Building Information Modeling può apportare nel settore dell’ingegneria e delle costruzioni.

Questa tesi è stata svolta presso HERAtech s.r.l. e riguarda la rete di distribuzione dell’energia elettrica in media tensione, focalizzandosi in particolare su due linee della rete del territorio modenese. A differenza della maggior parte delle linee per le quali, in caso di necessità, sono previsti più punti in cui è possibile attuare controalimentazioni tramite la chiusura di sezionatori normalmente aperti, queste hanno un solo possibile punto di connessione e in particolare una linea è la controalimentazione dell’altra. Questo assicura la continuità del servizio in caso di primo guasto, ma non la garantisce in caso di secondo guasto. Scopo di questa tesi è quindi individuare altri possibili punti di connessione con la rete delle linee suddette. Attraverso una metodologia di lavoro applicabile a casi di studio analoghi, tramite il software di modellazione Power Factory sono state eseguite simulazioni della situazione attuale in condizioni di assetto standard e in caso di guasto e simulazioni delle situazioni progettuali ipotizzate. Infine, a seguito di sopralluoghi e valutazioni tecnico – economiche, sono stati formulati due progetti. Questi prevedono la rialimentazione delle due linee da altre due linee della rete ed è stata riscontrata una riduzione del numero di utenti che rimarrebbero fuori servizio in caso di secondo guasto, a differenza dello stato attuale per cui risulterebbero disalimentate quasi tutte le utenze.

Progetto di un motoveicolo da corsa/stradale elettrico da 12 Kw, corrispondente ad una cilindrata pari a 125 cc. Caratteristica principale sarà l’innovazione di parte della struttura della moto in relazione alla propulsione “green”.

Il presente lavoro affronta la progettazione di un telaio in calcestruzzo armato, situato nella città di Santa Sofia (FC), classificata in zona sismica 2, e di una serie di confronti tra calcoli manuali semplificati e software di progettazione, nello specifico PRO-SAP. In particolare, si sono andati a valutare i risultati caratteristici dell’analisi sismica, il periodo proprio della struttura, la massa partecipante, oltre a tagli e momenti di piano, utili anche all’atto della validazione del modello. Questo primo confronto è avvenuto tra calcoli manuali e due modelli, uno caratterizzato da travi infinitamente rigide ed uno avente travi flessibili. Si è entrato poi, più nello specifico andando ad analizzare le differenze in termini di sollecitazioni e di armatura necessaria a verificare la struttura, tra modelli semplificati di calcolo manuale ed i risultati forniti dal software. Si vuole sottolineare come i calcoli manuali semplificati siano idonei a verificare il modello di calcolo in quanto hanno fornito risultati aventi ordini di grandezza in termini di sollecitazioni ed armature confrontabili con il software.

L’utilizzo di processi legati al Building Information Modeling (BIM) è di grande attualità. La sua applicazione a realtà come quella italiana, caratterizzata principalmente da edifici storici e monumentali, è ancora tutta da esplorare. Si vuole quindi proporre un metodo per la realizzazione di modelli BIM del patrimonio storico, ai quali introdurre le informazioni relative allo stato di danno rilevato per la valutazione del rischio sismico. Il processo comincia dallo studio di un rilievo tradizionale, composto da rappresentazioni bidimensionali, nonché dallo studio dell’edificio da documentare, tramite sopralluoghi e ricerca d’archivio. Prosegue con un’analisi di tipo semantico della costruzione, utile a comprendere le componenti da modellare. A questa segue la realizzazione del modello tridimensionale dell’edificio. Parallelamente alla modellazione del fabbricato, si inseriscono all’interno del modello tutte le informazioni rilevate, o già disponibili presso gli archivi delle pubbliche amministrazioni. È in questo modo possibile raccogliere tutte le conoscenze, di qualunque ambito, all’interno del modello. Infine si costruiscono le famiglie necessarie all’inserimento delle lesioni rilevate, rendendo possibile un’analisi più accurata, ed il calcolo dell’indice di vulnerabilità definito dalle linee guida del Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti. Il risultato del processo è quindi un modello tridimensionale che raccoglie al suo interno, oltre alle informazioni riguarda la geometria dell’edificio, dettagli riguardo i materiali, i metodi di costruzione, informazioni storiche e riguardo lo stato di danno. Sarà quindi possibile utilizzarlo come “indice” di accesso a tali informazioni; sarà possibile generare la documentazione necessaria (disegni ortografici, assonometrici, tabelle, ecc.) all’analisi e conservazione dell’edificio. Il modello risultante è stato confrontato con la nuvola di punti ottenuta dal rilievo per verificarne la precisione geometrica.

In the present study, a new pushover procedure for 3D frame structures is proposed, based on the application of a set of horizontal force and torque distributions at each floor level; in order to predict the most severe configurations of an irregular structure subjected to an earthquake, more than one pushover analysis has to be performed. The proposed method is validated by a consistent comparison of results from static pushover and dynamic simulations in terms of different response parameters, such as displacements, rotations, floor shears and floor torques. Starting from the linear analysis, the procedure is subsequently extended to the nonlinear case. The results confirm the effectiveness of the proposed procedure to predict the structural behaviour in the most severe configurations.

Il presente lavoro di tesi descrive il processo di potenziamento del banco prova Alma Test-Bed per la validazione dei sistemi di controllo d’assetto di nanosatelliti 3U tramite piattaforma rotante su cuscinetto ad aria. L’obiettivo è integrare un simulatore di Sole e migliorare la simulazione della microgravità della piattaforma rotante. La prima parte del lavoro svolto consiste nella progettazione funzionale e dettagliata della struttura atta a rendere il satellite insensibile all’accelerazione gravitazionale locale, permettendogli di assumere un range di configurazioni d’assetto ottimale per poterne testare il comportamento in orbita. Dato che le condizioni di microgravità possono essere riprodotte solamente tramite un controllo estremamente accurato del baricentro della piattaforma di supporto del satellite, la progettazione è stata affrontata da molteplici punti di vista, sia tramite modelli analitici, che con analisi agli elementi finiti. I risultati delle simulazioni fatte sul sistema progettato permettono infine di stimare delle coppie di disturbo che rientrano nei limiti delle specifiche di progetto. Le deformazioni in gioco, la componentistica utilizzata e i disturbi generati risultano in linea con lo stato dell’arte della tecnologia e con i risultati pubblicati in letteratura. La seconda parte del lavoro è incentrata sull’integrazione di un simulatore di Sole custom-made. Vengono analizzate le caratteristiche peculiari dei simulatori di Sole per classificare quello in uso e descritte le leggi di ottica sfruttate per collimare il fascio di luce generato. Attraverso un’estesa campagna sperimentale, è stato possibile valutare la bontà dei risultati ipotizzati e tarare ed ottimizzare il sottosistema fino ad ottenere un ottimo livello di collimazione (inferiore al grado) in un’ampia area illuminata. I risultati sperimentali indicano un risultato molto migliore delle specifiche di progetto, garantendo un ampio margine sulle stesse.

This Ph.D thesis refers to a research project that aims at developing an innovative platform to design lower limb prosthesis (both for below and above knee amputation) centered on the virtual model of the amputee and based on a computer-aided and knowledge-guided approach. The attention has been put on the modeling tool of the socket, which is the most critical component of the whole prosthesis. The main aim has been to redesign and develop a new prosthetic CAD tool, named SMA2 (Socket Modelling Assistant2) exploiting a low-cost IT technologies (e.g. hand/finger tracking devices) and making the user’s interaction as much as possible natural and similar to the hand-made manipulation. The research activities have been carried out in six phases as described in the following. First, limits and criticalities of the already available modeling tool (namely SMA) have been identified. To this end, the first version of SMA has been tested with Ortopedia Panini and the orthopedic research group of Salford University in Manchester with real case studies. Main criticalities were related to: (i) automatic reconstruction of the residuum geometric model starting from medical images, (ii) performance of virtual modeling tools to generate the socket shape, and (iii) interaction mainly based on traditional devices (e.g., mouse and keyboard). The second phase lead to the software reengineering of SMA according to the limits identified in the first phase. The software architecture has been re-designed adopting an object-oriented paradigm and its modularity permits to remove or add new features in a very simple way. The new modeling system, i.e. SMA2, has been totally implemented using open source Software Development Kit-SDK (e.g., Visualization ToolKit VTK, OpenCASCADE and Qt SDK) and based on low cost technology. It includes: • A new module to automatically reconstruct the 3D model of the residual limb from MRI images. In addition, a new procedure based on low-cost technology, such as Microsoft Kinect V2 sensor, has been identified to acquire the 3D external shape of the residuum. • An open source software library, named SimplyNURBS, for NURBS modeling and specifically used for the automatic reconstruction of the residuum 3D model from medical images. Even if, SimplyNURBS has been conceived for the prosthetic domain, it can be used to develop NURBS-based modeling tools for a range of applicative domains from health-care to clothing design. • A module for mesh editing to emulate the hand-made operations carried out by orthopedic technicians during traditional socket manufacturing process. In addition several virtual widgets have been implemented to make available virtual tools similar to the real ones used by the prosthetist, such as tape measure and pencil. • A Natural User Interface (NUI) to allow the interaction with the residuum and socket models using hand-tracking and haptic devices. • A module to generate the geometric models for additive manufacturing of the socket. The third phase concerned the study and design of augmented interaction with particular attention to the Natural User Interface (NUI) for the use of hand-tracking and haptic devices into SMA2. The NUI is based on the use of the Leap Motion device. A set of gestures, mainly iconic and suitable for the considered domain, has been identified taking into account ergonomic issues (e.g., arm posture) and ease of use. The modularity of SMA2 permits us to easily generate the software interface for each device for augmented interaction. To this end, a software module, named Tracking plug-in, has been developed to automatically generate the source code of software interfaces for managing the interaction with low cost hand-tracking devices (e.g., Leap Motion and Intel Gesture Camera) and replicate/emulate manual operations usually performed to design custom-fit products, such medical devices and garments. Regarding haptic rendering, two different devices have been considered, the Falcon Novint, and a haptic mouse developed in-house. In the fourth phase, additive manufacturing technologies have been investigated, in particular FDM one. 3D printing has been exploited in order to permit the creation of trial sockets in laboratory to evaluate the potentiality of SMA2. Furthermore, research activities have been done to study new ways to design the socket. An innovative way to build the socket has been developed based on multi-material 3D printing. Taking advantage of flexible material and multi-material print possibility, new 3D printers permit to create object with soft and hard parts. In this phase, issues about infill, materials and comfort have been faced and solved considering different compositions of materials to re-design the socket shape. In the fifth phase the implemented solution, integrated within the whole prosthesis design platform, has been tested with a transfemoral amputee. Following activities have been performed: • 3D acquisition of the residuum using MRI and commercial 3D scanning systems (low cost and professional). • Creation of the residual limb and socket geometry. • Multi-material 3D printing of the socket using FDM technology. • Gait analysis of the amputee wearing the socket using a markerless motion capture system. • Acquisition of contact pressure between residual limb and a trial socket by means of Teskan’s F-Socket System. Acquired data have been combined inside an ad-hoc developed application, which permits to simultaneously visualize pressure data on the 3D model of the residual lower limb and the animation of gait analysis. Results and feedback have been possible thanks to this application that permits to find correlation between several phases of the gait cycle and the pressure data at the same time. Reached results have been considered very interested and several tests have been planned in order to try the system in orthopedic laboratories in real cases. The reached results have been very useful to evaluate the quality of SMA2 as a future instruments that can be exploited for orthopedic technicians in order to create real socket for patients. The solution has the potentiality to begin a potential commercial product, which will be able to substitute the classic procedure for socket design. The sixth phase concerned the evolution of SMA2 as a Mixed Reality environment, named Virtual Orthopedic LABoratory (VOLAB). The proposed solution is based on low cost devices and open source libraries (e.g., OpenCL and VTK). In particular, the hardware architecture consists of three Microsoft Kinect v2 for human body tracking, the head mounted display Oculus Rift SDK 2 for 3D environment rendering, and the Leap Motion device for hand/fingers tracking. The software development has been based on the modular structure of SMA2 and dedicated modules have been developed to guarantee the communication among the devices. At present, two preliminary tests have been carried out: the first to verify real-time performance of the virtual environment and the second one to verify the augmented interaction with hands using SMA2 modeling tools. Achieved results are very promising but, highlighted some limitations of this first version of VOLAB and improvements are necessary. For example, the quality of the 3D real world reconstruction, especially as far as concern the residual limb, could be improved by using two HD-RGB cameras together the Oculus Rift. To conclude, the obtained results have been evaluated very interested and encouraging from the technical staff of orthopedic laboratory. SMA2 will made possible an important change of the process to design the socket of lower limb prosthesis, from a traditional hand-made manufacturing process to a totally virtual knowledge-guided process. The proposed solutions and results reached so far can be exploited in other industrial sectors where the final product heavily depends on the human body morphology. In fact, preliminary software development has been done to create a virtual environment for clothing design by starting from the basic modules exploited in SMA2.
La presente tesi di dottorato è stata sviluppata nell’ambito di un progetto di ricerca che ha come obiettivo lo sviluppo di un framework innovativo per la progettazione di protesi per arto inferiore (per amputazioni sia transfemorali sia transtibiali) che permetta di gestire l’intero processo in un unico ambiente integrato dove ciascuna attività è supportata in modo diretto dalla conoscenza di dominio specifica. L’attenzione è stata posta sullo sviluppo di un’applicazione per la progettazione dell’invaso, il componente più critico dell’intera protesi. L’obbiettivo principale del lavoro di tesi è stato, quindi, la reingegnerizzazione e lo sviluppo di un nuovo sistema CAD prostetico, denominato SMA2 (Socket Modelling Assistant2, basato sull’impiego di tecnologie innovative a basso costo, quali ad esempio periferiche per il tracciamento di mani e dita, per permettere l’interazione uomo-macchina il più naturale possibile. Le attività di ricerca sono state organizzate in sei fasi principali come segue. Durante la prima fase, i limiti e le criticità della prima versione del sistema di modellazione (denominato SMA) sono stati identificati. A tal fine, SMA è stato testato con il personale tecnicno dell’ortopedia Panini e con i ricercatori del gruppo di ricerca in ortopedia della Salford University di Manchester utilizzando casi di studio reali. Sono state identificate le seguenti criticità a: (i) difficoltà nella ricostruzione del modello 3D dell’arto amputato partendo da immagine mediche, (ii) prestazioni delle modalità di modellazione 3D dell’invaso non adeguate e (iii) interazione con l’ambiente virtuale basata esclusivamente su periferiche classiche come tastiera e mouse e non era possibile emulare le tipiche operazioni di modifica dell’invaso. La seconda fase ha riguardato la riprogettazione del sistema di modellazione SMA in funzione dei limiti identificati nella prima fase. L’architettura software è stata riprogettata seguendo i paradigmi della progettazione orientata agli oggetti e la sua modularità permette di rimuovere o aggiungere nuovi moduli in modo semplice. Il nuovo sistema di modellazione, SMA2, è stato totalmente implementato usando Software Development Kit (SDK) con licenza open-source (in particolare Visualization ToolKit VTK, OpenCASCADE e Qt SDK) e basato su tecnologia a basso costo. Il sistema comprende: • Un nuovo modulo per la ricostruzione automatica dell’arto residuo partendo da immagini MRI. In aggiunta, una nuova procedura basata su tecnologia a basso costo, come Microsoft Kinect v2, è stata identificata ed utilizzata per acquisire il modello 3D dell’arto residuo. • Una libreria software open-souce, denominata SimplyNURBS, per la modellazione di superfici NURBS e specificatamente utilizzata per la ricostruzione automatica dell’arto amputato partendo dalle imamgini MRI. Anche se SimplyNURBS è stata sviluppata nell’ambito della progettazione di protesi per arti inferiori, essa può essere usata all’interno di altre applicazioni, sia in ambito medico sia in ambito industriale per quei prodotti la cui modellazione richiede l’utilizzo di modelli NURBS, quali ad esempio capi di abbigliamento. • Un modulo per la modifica di mesh triangolari per emulare le operationi manuali effettuate dai tecnici ortopedici durante il processo di sviluppo prodotto dell’invaso. Inoltre, sono stati sviluppati strumenti di modellazione virtuali per simulare quelli utilizzati dal tecnico ortopedico, quali ad esempio il metro per misurare l’arto residuo o la matita per evidenziare le zone critiche dell’invaso. • Una Natural User Interface (NUI) che permette di interagire con i modelli dell’arto residuo e dell’invaso attraverso periferiche di hand-tracking. • Un modulo per generare il modello geometrico dell’invaso per la realizzazione dello stesso mediante tecnologie di produzione additive. La terza fase ha riguardato lo studio e la progettazione dell’interazione aumentata con particolare attenzione allo sviluppo di una Natural User Interface per l’uso di periferiche di hand-tracking e di force-feedback. La NUI è basata sull’uso della periferica di hand-tracking Leap Motion. Un insieme di gesti, principalmente iconici e adatti al dominio considerato, sono stati indentificati tenendo in considerazione vincoli ergonomici (per esempio, la postura delle braccia) e la facilità di utilizzo. La modularità di SMA2 ha permesso di generare in modo semplice un’interfaccia software per ogni dispositivo di hand-tracking preso in considerazione. Inoltre, è stato sviluppato un modulo software, denominato Tracking plug-in, che permette di generare in automatico il codice sorgente per la creazione di interfacce per l’interazione con dispositivi di hand-tracking, come ad esempio Leap Motion e Intel Gesture Camera. In questo modo è possibile replicare/emulare le operazioni che vengono eseguite durante la progettazione di prodotti custom-fit, quali protesi e capi di abbigliamento. Per quanto riguarda i dispositivi per l’interazione tattile, sono stati considerati il Novint Falcon e un mouse aptico sviluppato ad hoc. Durante la quarta fase, sono state studiate ed analizzate le tecnologie di Additive Manufacturing, ponendo particolare attenzione alla tecnologia FDM. Tale tecnologia è stata utilizzata per realizzare l’invaso di un paziente progettato con SMA2 e verificarne le potenzialità. Inoltre, sono state condotte attività di ricerca per valutare nuove modalità di progettazione dell’invaso. In particolare, è stata considerata la possibilità di progettare e realizzare l’invaso utilizzando una stampante FDM multi materiale. Sfuttando possibilità di utilizzare materiali flessibili e la stampa di oggetti con materiali diversi, è possibile realizzare un invaso composto da parti flessibili e parti più rigide. A tal fine sono stati presi in considerazione aspetti, quali le modalità di riempimento (infill) durante la stampa 3D, i materiali per la realizzazione delle diverse parti ed il Durante la quinta fase, il sistema implementato, integrato all’interno dell’intera piattaforma per la progettazione di protesi, è stato sperimentato con un paziente con amputazione transfermorale. Sono state svolte le seguenti attività: • Acquisizione dell’arto amputato mediante Risonanza Magnetica e sistemi commerciali di acquisizione 3D (sia a basso coste sia professionali). • Creazione della geometria 3D dell’arto residuo e dell’invaso. • Stampa 3D multi materiale dell’invaso utilizzando la tecnologia FDM. • Analisi della camminata dell’amputato mediante un sistema di acquisizione del movimento. • Acquisizione delle pressioni di contatto tra invaso e arto residuo mediante il sistema Teskan F-Socket System. Mediante un’applicazione sviluppata ad hoc, è stato possibile rimappare sul modello 3D dell’invaso i valori di pressione acquisiti mediante mappe di colore e simultaneamente visualizzare l’animazione della camminata acquisita. Questa applicazione permette di identificare eventuali correlazioni tra le differenti fasi del ciclo della camminata ed i valori di pressione acquisiti. I risultati raggiunti si sono rilevati d’interesse e sono stati pianificati ulteriori test per validare il sistema con altri pazienti. I risultati ottenuti hanno, inoltre permesso di valutare le potenzialità di SMA2 ed il suo impiego presso laboratori ortopedici. La soluzione ha il potenziale per diventare un prodotto commerciale e quindi sostituire la procedura manuale seguita per progettazione dell’invaso. La sesta fase ha riguardato l’evoluzione di SMA2 come ambiente di Mixed Reality. La soluzione proposta, denominata Virtual Othopedic Laboratory (VOLAB), è sempre basata su dispositivi a basso costo e librerie software open source (OpenCL e VTK). In particolare, l’architettura hardware comprende tre Microsoft Kinect v2 per il tracciamento del corpo umano, il sistema di visione 3D Oculus Rift SDK 2 per il rendering dell’ambiente virtuale ed il dispositivo Leap Motion per il tracciamento della mani/dita. Lo sviluppo software è basato sulla struttura modulare di SMA2 e moduli dedicati che sono stati sviluppati per garantire la comunicazione tra i vari dispositivi coinvolti. Attualmente, sono stati svolti due test preliminari: il primo per verificare le prestazioni real-time dell’ambiente virtuale ed il secondo per verificare l’interazione con i dispositivi di hand-tracking durante l’utilizzo degli strumenti di modellazione virtuale messi a disposizione da SMA2. I risultati ottenuti sono molto promettenti, ma sono necessari ulteriori miglioramenti. Per esempio, la qualità della ricostruzione dell’ambiente virtuale, in particolare del modello dell’arto residuo, potrebbe essere migliorata utilizzando due camere HD-RGB in aggiunta all’Oculus Rift. Per concludere, i risultati ottenuti sono stati considerati molto interessanti ed incoraggianti dallo staff tecnico dei laboratori ortopedici. SMA2 renderà possibile un importante cambiamento del modo di progettare un invaso per protesi d’arto inferiore, da un processo tradizionalmente manuale ad un nuovo processo basato su approccio virtuale e l’impiego di strumenti computer-aided. Le soluzioni proposte ed i risultati raggiunti possono essere utilizzati anche in altri settori industriali dove il prodotto finale dipende fortemente dalla morfologia del corpo umano. Infatti, sono stati sviluppati alcuni moduli software per la progettazioni di capi di abbigliamento partendo dai moduli base sviluppati per SMA2.