Academic literature on the topic 'SCUOLA DI DOTTORATO DI RICERCA IN SCIENZE DELL'INGEGNERIA'

2013/2014
E’ evidente come l’urbanistica e il progetto urbanistico debbano ora misurarsi con una ‘nuova questione urbana’ (Secchi 2010), delineata dalla sempre più urgente sfida ambientale, dai problemi legati all’accessibilità e mobilità e dalle diseguaglianze sociali sempre più accentuate (Secchi 2010). Oggi la questione ambientale, determinata da fattori antropogenici e dal surriscaldamento globale, solleva nuove incognite e interrogativi a cui l’urbanistica è chiamata a trovare risposte. L’impermeabilità dei suoli, l’inquinamento dell’acqua, del suolo e dell’aria, il clima urbano, lo smaltimento dei rifiuti, il deterioramento del ciclo delle acque sono conseguenze dirette dell’urbanizzazione dei territori; a peggiorare il critico equilibrio ambientale, gli impatti dei cambiamenti climatici incidono sul bilancio qualitativo e quantitativo delle risorse naturali, aggravano la vulnerabilità del territorio agli eventi atmosferici e mettono a rischio la sicurezza - e l’abitabilità - delle città. Studi recenti suggeriscono come i sistemi urbani, vulnerabili e al tempo stesso responsabili di questi fenomeni, debbano mettere in atto misure di difesa per far fronte alle conseguenze legate al cambio climatico. La pianificazione territoriale e la progettazione urbana, per la comprensione panottica delle risorse naturali e ambientali, giocano un ruolo rilevante nel rendere il territorio urbanizzato meno vulnerabile e più ‘resiliente’. Non vi è dubbio che l’urbanistica debba assumere un atteggiamento proattivo e propositivo di fronte a questa situazione, intraprendendo azioni che adattino gli spazi urbani agli impatti dei cambiamenti climatici, rivalutando l’efficacia delle proprie politiche in un orizzonte di più ampio respiro. La crisi ambientale sembra allora mettere in gioco nuove prospettive di ricerca e di azione su cui la disciplina deve tornare a riflettere. Se ogni crisi e questione urbana ha portato alla luce nuovi temi (Secchi 2013), oggi allora si presenta un’opportunità, per l’urbanistica, di ridefinizione degli obiettivi disciplinari e l’ipotesi di un nuovo campo di indagine, riflessione e progetto per la città. Un’occasione a un ritorno alla cura del territorio, a una presa di coscienza dell’irreversibilità dei processi progettuali sull’ambiente (e sul sistema climatico) e sul bisogno di agire, in termini di adattamento, sulla città esistente. Oggigiorno sembra che l’urbanistica abbia acquisito queste responsabilità e il concetto di ‘rischio’ legato agli eventi ‘naturali’ correlati agli effetti collaterali del cambiamenti climatici fa parte oramai del palinsesto disciplinare. Oltre alla riduzione delle cause che determinano i rischi del surriscaldamento globale, i piani di ultima generazione hanno avviato processi di trasformazione urbana in grado di accogliere, adattandosi, le conseguenze dei cambiamenti climatici all’interno di un progetto olistico che tiene assieme le varie ‘questioni urbane’. Se le strategie di mitigazione e le relative politiche urbane di riduzione delle emissioni di gas ad effetto serra hanno ormai ampiamente individuato chiare e sperimentate modalità di attuazione e realizzazione anche all’interno della disciplina urbanistica, quelle relative all’adattamento agli impatti dei cambiamenti climatici restano tuttora abbastanza vaghe e indefinite. Le soluzioni intraprese dalle città europee si muovono in differenti direzioni: quelle maggiormente condivise sembrano essere accomunate da concetti quali ‘resilienza’, ‘intelligenza’, ‘eco’. Però, all’interno della disciplina, questi concetti hanno difficile traduzione e rischiano di diventare dei concetti facilmente fraintesi, come è avvenuto in passato per la ‘sostenibilità’. La ricerca è strutturata in due parti. La prima è volta a ricostruire lo stato dell’arte disciplinare riguardo i temi dell’adattamento delle città ai cambiamenti climatici. Senza pretesa di esaustività, l’obiettivo consiste nell’individuare presupposti teorici e culturali, direzioni e modalità intraprese all’interno del dibattito disciplinare. La seconda parte, invece, riveste un carattere principalmente operativo e si muove a partire dalle letture di casi in cui il progetto degli spazi aperti affronta le problematiche climatiche in maniera propositiva, traducendo le esigenze di sicurezza e abitabilità in occasione di rigenerazione urbana. Infine all’interno della sezione ‘Apparati’ vengono riportate alcune parole chiave per il progetto climate-proof e un repertorio dei dispositivi spaziali che agiscono per favorire l’adattamento degli spazi pubblici agli impatti collaterali dei mutamenti climatici.
XXVII Ciclo
1982

2013/2014
Gli impianti funiviari sono soggetti alle normative italiane ed europee (PTS Prescrizioni Tecniche Speciali e Normativa Europea) che regolano il funzionamento dell’infrastruttura, sovrastruttura e delle componenti di sicurezza. Il rispetto dei limiti imposti sono determinanti per la sicurezza dell’impianto stesso e delle persone coinvolte. Non tutti questi parametri però, sono controllati durante le periodiche prove di collaudo, nonostante essi siano decisivi per la sicurezza. Si pensi ad esempio alla valutazione dell’entità delle oscillazioni trasversali e longitudinali al senso di marcia, fenomeno che ha causato l’incidente avvenuto su una seggiovia dell’Appennino toscano (gennaio 2015), dove, a causa di un’interruzione di corrente, l’arresto dell’impianto ha innescato un moto oscillatorio tale da far sobbalzare e precipitare alcuni sciatori. La strumentazione satellitare permetterebbe di conoscere la posizione assoluta dell’oggetto monitorato e se integrate da sensori inerziali, di conoscerne anche l’assetto. A partire da queste considerazioni, sono state analizzate delle metodologie innovative GNSS (Global Navigation Satellite System) e GPS/INS (INertial System), applicate in un settore particolare, quale quello dei trasporti speciali aerei, al fine di caratterizzare in maniera più completa il comportamento dinamico di un veicolo in condizioni critiche (ad esempio a seguito di brusche frenate) e farne un confronto con la normativa vigente. Le componenti hardware del dispositivo GNSS/INS sono state montate all’interno di un contenitore rigido, per facilitarne il trasporto, l’ancoraggio alla seggiola o cabina e per accelerare la fase di rilievo con la Stazione Totale per l’inserimento dei parametri di installazione nel software di elaborazione dati, Applanix POS PAC LV. E’stato quindi implementato un programma ad hoc in ambiente Matlab, per la gestione dei dati, in particolare: per la sincronizzazione fra i vari dispositivi, per la rotostraslazione dei sistemi di riferimento, per l’interpolazione dei dati, per il filtraggio e l’estrazione automatica alcuni particolari eventi. Dai risultati ottenuti è stata dimostrata l’adeguatezza di queste tecniche innovative, con le quali è stato possibile determinare il comportamento dinamico del veicolo, in termini di posizione assoluta (con precisione centimetrica), velocità ed accelerazione effettiva del veicolo (i valori di velocità ed accelerazione visibili sul pulpito di comando della stazione motrice sono riferiti all’argano di trazione e non corrispondono sempre con quelli del veicolo). Implementando le funzioni del programma sviluppato in ambiente Matlab ed ottimizzando alcune procedure,le tecniche GNSS in modalità cinematica interferenziale alle doppie differenze finite e GPS/INS, potrebbero completare le attuali prove di collaudo degli impianti funiviari.
XXVII Ciclo
1985

2013/2014
A partire dallo studio della nascita e dello sviluppo delle riflessioni intorno alle questioni ambientali, nell’ambito del presente lavoro sono stati affrontati i temi relativi alla sostenibilità nel settore dell’edilizia introducendo l’approccio life cycle thinking e in particolare la metodologia life cycle assessment LCA. Dopo aver studiato la metodologia LCA a partire dalle sue origini e sviluppo fino alla sua codificazione, sono state illustrate le principali applicazioni di tale strumento. La parte successiva ha riguardato l’applicazione della metodologia ad un caso di studio rappresentato dai pannelli Cross Laminated Timber CLT prodotti dall’azienda Diemme Legno snc di Pontebba. In seguito all’applicazione della metodologia LCA al caso di studio è stata condotta un’analisi critica che ha permesso una migliore individuazione di pregi e criticità della stessa, soprattutto in riferimento al relativo utilizzo nell’ambito di materiali, prodotti e organismi edilizi. Quindi, sono stati analizzati passo passo tutti gli aspetti principali legati ad ogni fase della metodologia e dagli esiti di questa analisi è stato possibile individuare dei possibili ambiti di sviluppo della stessa. In particolare, essendo l’interpretazione dei potenziali impatti ambientali possibile solo attraverso la comparazione, è stata avanzata una proposta volta alla definizione di un sistema utile per poter definire dei livelli prestazionali, o benchmark, che permetta una contestualizzazione dei risultati degli studi LCA. Tali benchmark sono definiti per prodotto edilizio e in virtù del sistema proposto, sono continuamente aggiornati in funzione dell’evolversi del contesto tecnologico e ambientale. Tramite l’utilizzo dei benchmark inoltre, i progettisti potranno interpretare in modo più chiaro i risultati di studi LCA e quindi effettuare scelte ecologicamente consapevoli.
XXVII Ciclo
1988

2013/2014
Le tecniche di analisi numeriche in campo non lineare delle strutture in legno sulla base delle prove sperimentali su singoli componenti, elementi strutturali e interi edifici si sono molto evolute nell'ultimo decennio. Numerosi ricercatori si sono dedicati a sviluppare modelli per simulare il comportamento ciclico in campo non lineare (chiodi, hold down, viti e squadrette a taglio) e i risultati di numerosi modelli numerici sono stati confrontati con i risultati sperimentali in termini di forza massima, degrado di rigidezza ,resistenza, spostamento massimo e ultimo, energia dissipata. Questo lavoro di tesi segue la linea della progettazione basata sul Performance Based Design. Nella prima parte della stessa viene approfondita l’analisi statica non lineare per determinare la curva di capacità degli elementi e dei sistemi strutturali a telaio leggero e X-Lam. Nella seconda parte si analizza il problema del miglioramento delle performance delle strutture in X-Lam mediante l'uso delle masse accordate (Tuned Mass Dampers). Queste vengono progettate con tecniche di ottimizzazione, allo scopo di ridurre al meglio le accelerazioni massime che in genere accompagnano questa tipologia strutturale.
XXVII Ciclo
1979

2013/2014
Negli ultimi anni le tecniche di idrodinamica numerica CFD hanno permesso di effettuare simulazioni al computer riguardanti l’ interazione tra solidi e fluidi. L’utilizzo dei software CFD permette una simulazione assolutamente realistica dei fenomeni idrodinamici, permettendo al progettista/programmatore di analizzare in tempi relativamente brevi molteplici soluzioni, onde sceglierne la migliore e di conseguenza molteplici macro o micro modifiche sulla carena prescelta, per valutarne l’impatto in termini di resistenza al moto, assetto, tenuta al mare, comfort. Negli ultimi anni si è visto un crescente utilizzo di algoritmi matematici di ottimizzazione multiobiettivo associati a modellatori 3d parametrici e successivamente a solutori CFD BEM a potenziale. Tali applicazioni tipicamente consentono di trovare le forme ottimali che, nel rispetto dei vincoli imposti, generino la minima resistenza d’onda ad una o più determinate velocità. Associare un processo di ottimizzazione ad un solutore viscoso RANS consente invece, conoscendo una moltitudine di parametri fisici in più, di ottimizzare seguendo più obiettivi ed in particolar modo la capacità di poter valutare l’effetto dell’attrito consente di poter ottimizzare le forme al fine di ridurre la resistenza totale all’avanzamento. Fino a ieri però un processo di ottimizzazione associato a simulazioni CFD RANS, se pur teoricamente possibile, era di fatto raramente utilizzato in quanto sconveniente a causa dell’enorme mole di calcoli da eseguire per valutare la bontà di centinaia di soluzioni diverse, rendendo troppo lungo ed oneroso il processo. Minimizzando il numero di celle computazionali riducendo così i tempi ei costi di simulazioni in ogni caso risultati adeguati, si dimostra come il modo simulazioni RANS viscosi saranno molto più utili rispetto a potenziali metodi BEM . Scopo infatti di questo lavoro è stato quello di associare un processo di ottimizzazione di carena basato sulla riduzione della RESISTENZA TOTALE ALL’AVANZAMENTO valutata attraverso l’utilizzo di simulazioni CFD RANSE eseguite con un dominio di calcolo a basso numero di celle. Tale dominio di calcolo deriva dall’accurato sviluppo di una procedura standardizzata che permette di eseguire simulazioni RANSE con una griglia standard che garantisce la bontà del risultato anche se “COARSE”. La presente trattazione oltre a fornire una panoramica sullo stato dell’arte in letteratura, presenta lo sviluppo di una metodologia atta ad eseguire simulazioni a basso numero di celle in maniera standardizzata, sviluppando tre tipi di meshatura standard, suddividendo le carene da studiare in tre differenti famiglie raggruppate per similitudine di geometrie e velocità di funzionamento e pertanto accomunate da una similare formazione ondosa : Round Bilge Displacement Hull, Round Bilge and Hard Chine Semiplaning Hull (Single and Multi-Hull), Hard Chine Planing Hull. Si è successivamente passati alla determinazione dei metodi di ottimizzazione investigando le potenzialità ed i limiti dei diversi metodi noti per eseguire ottimizzazioni multi-obiettivo, compreso il metodo „Sherpa“ basato su un robusto algoritmo combinato e progressivo finalizzato al raggiungimento della soluzione ottima riducendo automaticamente il numero di casi da simulare. Il processo di ottimizzazione in oggetto è stato applicato ad una innovativa carena semi-planante a spigolo dotata di bulbo prodiero a lama: si è partiti da una carena di base che soddisfaceva tutti i requisiti di progetto e, nel rispetto dei vincoli imposti, parametrizzata la carena ed impostati i set-up di calcolo, al termine dell’ottimizzazione si è ottenuta la geometria ottimale della stessa al fine della riduzione della resistenza totale a due differenti velocità (crociera e massima). Al termine delle attività si è proceduto con l’esecuzione di test in vasca navale su modello in scala per validare i risultati ottenuti per via numerica. La possibilità di ottenere simulazioni viscose con domini “standardizzati” a basso numero di celle permette l’analisi comparativa di molteplici soluzioni progettuali contenendo tempi e costi e con la certezza che i risultati siano realistici ed affidabili. L’innovativa standardizzazione studiata permette inoltre una riduzione del tempo di preparazione del set-up permettendo all’operatore di lanciare una simulazione su una nuova carena in pochi minuti, senza dover effettuare laboriose meshature ad-hoc e controlli di grid-independence dei risultati. L’utilizzo di queste griglie standard permette inoltre, come spiegato, di utilizzare le simulazioni CFD RANSE anche per eseguire ottimizzazioni multi-obiettivo riguardanti, per esempio, la riduzione della resistenza totale all’avanzamento. Senza griglie di questo tipo, raffinate ottimizzazioni basate su solutori viscosi sarebbero spesso antieconomiche. Difatti i risultati cui il presente lavoro è pervenuto riguardano un sensibile abbattimento dei tempi di calcolo necessari all’esecuzione di un’ottimizzazione morfologica di carena basata sulla minimizzazione della resistenza a due differenti velocità: in meno di 700 ore di calcolo con un tradizionale server a 12 core, ovvero in circa 80 ore utilizzando un centro di calcolo a 100 core, si riescono ad ottenere risultati importanti validi per fare delle valutazioni in senso assoluto sulla potenza necessaria all’imbarcazione per raggiungere le velocità prestabilite. Una procedura di questo tipo permette da una parte la possibilità di lavorare sulla resistenza totale o su altre quantità fisiche espresse dal solutore RANSE, dall’altra per la sua velocità e la sua semplicità d’utilizzo, consente l’avvicinamento alla CFD anche a progettisti di piccole imbarcazioni che fino ad oggi per problematiche di tempo e di budget non potevano approcciare ad una tecnologia così raffinata per progettare le loro carene. Difatti in un prossimo futuro l’utilizzo diffuso di tecniche di ottimizzazione o anche semplicemente di comparazione ed analisi di carene destinate ad imbarcazioni grandi e piccole, potrà contribuire in maniera significativa al risparmio di Potenza motrice installata a bordo (es. Grazie alla riduzione della resistenza totale), consentendo da una parte risparmi economici di carburante e dall’altra, soprattutto, una riduzione delle emissioni nocive in atmosfera.
In recent years, the techniques of numerical hydrodynamic CFD allowed to perform computer simulations on the interaction between fluids and solids. The use of CFD software allows an absolutely realistic simulation of hydrodynamic phenomena, enabling the designer to analyze several solutions relatively quickly, in order to choose the best hull and therefore various macro or micro changes on the hull chosen, in order to evaluate its impact in terms of resistance, trim angle, seakeeping, comfort. In recent years we have seen an increasing use of mathematical algorithms for multi-objective optimisation related to 3D parametric modelers and then to potential CFD BEM solvers. Typically these applications allow you to find the optimal shape that, while respecting the constraints imposed, generate the minimum wave resistance to one or more certain speeds. The association of optimisation processes to a viscous RANSE solver enables to optimize following more targets, knowing a multitude of physical parameters in addition. In particular, the ability to assess the effect of friction on the hull’s shape, in order to reduce the total resistance. Until yesterday, however, an optimisation process associated with CFD RANSE simulations was in fact rarely used in the industrial sector, because it was considered quite inappropriate though theoretically possible. It was due to the large amount of calculations to be performed to evaluate the goodness of hundreds of different solutions, making the process too long and expensive. The present work demonstrates how viscous RANSE simulations methods can be easily used through number of computational cells minimization and the consequent reduction of time and costs of simulations. Indeed, the aim of this work has been to associate an hull optimisation process based on the reduction of total resistance, evaluated through the use of CFD RANSE simulations performed through computational domain with low number of cells. This calculation domain derives from the accurate development of a standardized procedure which allows to make RANSE simulations with a standard grid ensuring the accuracy of the result even if "COARSE". The present research, as well as providing an overview of the state of the art in literature, shows the development of an innovative methodology able to perform simulations with low number of cells in a standardized way, developing three types of standard meshing, dividing the hulls to be studied in three different families grouped by similarity of geometry and operation speed and having therefore in common a similar wave pattern: Round Bilge Displacement Hull, Round Bilge and Hard Chine Semiplaning Hull (Single and Multi-Hull), Hard Chine Planing Hull. The work subsequently involved the determination of the methods of optimisation investigating potentiality and limits of several already known methods to perform multi-objective optimisation, including the "Sherpa" one, based on a robust combined progressive algorithm aiming to achieve the optimal solution, automatically reducing the number of cases to be simulated. The optimization process has been applied to an innovative semi-planing hard-chine hull with blade bulbous bow: the process started from a basic hull matching all the project requirements and, respecting the imposed constraints, the hull has been parameterized and the calculation set-up has been established. At the end of the optimisation , the best hull geometry has been obtained in order to achieve the reduction of the total resistance at two different speeds (cruise and maximum). At the end of these activities, a towing tank tests on a scale model was carried out in order to validate the results numerically obtained. The chance to get viscous simulations with "standardized" domains with low number of cells allows comparative analysis of multiple design solutions by reducing time and cost, with the certainty that the results are realistic and reliable ones. The innovative process of standardization also makes a reduction in the time of preparation of the set-up allowing the operator to run a simulation on a new hull in a few minutes without having to make laborious ad-hoc meshing activities and grid-independence controls of results. The use of these standard grids also allows, as already said, the use of CFD RANSE simulations also to perform multi-objective optimizations relating to, for example, the reduction of the total resistance. Without such kind of grids, fine optimization based on viscous solvers would be often uneconomical. In fact, these work’s results concern a significant reduction in computation time necessary for the execution of a morphological hull optimization based on the resistance minimization at two different speeds. In less than 700 hours of calculation with a traditional 12 core server, or in about 80 hours using a to 100 cores computer-center, it is possible to achieve important results available to give some absolute assessments on the necessary power to the hull to reach the target speeds. A procedure like this, on one side, allows the opportunity to work on the total resistance or other physical quantities expressed by the RANSE solver, on the other side - thanks to its speed and its simplicity of use - enables the approach to the CFD also for small boats’ designers who, due to lack of time and budget, could not approach to a so refined hulls designing technology, up to now. In the near future the widespread use of optimization techniques, or even just comparative and analysis ones on hulls for large and small boats, will be able to significantly contribute to save engine power installed on board (i.e. by reducing the total resistance), allowing both economic fuel savings and, above all, a strong toxic emissions reduction in the atmosphere.
XXVII Ciclo
1984

2013/2014
Il continuo aumento della richiesta di energia elettrica e la conseguente crescita dei valori di anidride carbonica nell'atmosfera terrestre crea sempre più la necessità di attuare modifiche sostanziali non solo nei metodi di produzione dei settori energetico e industriale, ma anche nella vita di ogni abitante del pianeta. Questa tesi analizza la possibilità di utilizzare l'energia solare per la produzione di acqua fredda grazie alla contemporaneità tra la disponibilità di energia rinnovabile e la richiesta di raffrescamento durante il periodo estivo. Due diversi impianti sperimentali, dotati di collettori solari a tubi evacuati commerciali e chiller ad adsoprbimento di piccole dimensioni (20 kW), sono stati monitorati ed i primi risultati sperimentali sono presentati in questo studio. Per studiare soluzioni diverse e trovare un design ottimale, un modello di simulazione dinamica è stato creato e testato utilizzando il software commerciale TRNSYS 17.
XXVII Ciclo
1984

2013/2014
Many old masonry structures still in use need to be assessed considering the safety requirements proposed by current building codes. To this aim, the use of detailed numerical models, allowing the description of complex mechanical phenomena such as anisotropy, softening and crack propagation, could become tremendously beneficial. Although a large number of material models with different degrees of complexity have been recently proposed in the literature, the calibration of the model material parameters, which is critical for an accurate response prediction, has received remarkably less attention. This has resulted in a gap between the potential of these models and their actual use. This thesis is aimed at developing a consistent approach for the calibration of numerical model parameters for masonry structures by means of inverse techniques. After an introduction and a literature review discussing current numerical modelling strategies for masonry structures and the Inverse Problems theory, the optimisation tool utilised in this thesis is described. It makes use of Genetic Algorithms, and it has been previously applied to a number of different problems, from optimal design to the identification of base-isolated bridges. One of the major challenges of Inverse Problems is handling the noisy data and assessing the uncertainty of the results given by the optimisation algorithm. A numerical strategy for choosing the optimal sensor layout is proposed, aimed at minimising the influence of the noise in the calibration. Uncertainty in the calibration has been considered in all numerical and experimental examples studied, leading to an approach based on the use of a set of numerical validation models. This allows a realistic evaluation of the field of applicability of the estimated parameters. The approach has been applied to a novel in-situ test for the calibration of the material parameters for a mesoscale masonry representation. The proposed setup has been designed for low-invasive in-situ experimental static tests on existing structures. In the test, flat-jacks are utilised to apply a specific stress state within a masonry wall. The results, in terms of displacements recorded by LVDTs or optical devices are then analysed by means of inverse techniques in order to estimate the basic parameters of the interface elements simulating the mortar joints. The effectiveness of the test set-up has been studied applying analytical formulations and using the results of numerical simulations. The results of an experimental campaign based on the use of the proposed experimental procedure are then reported and critically discussed. The thesis ends with the conclusions, where it is confirmed that the proposed calibration approach can be effective adopted in the characterization of masonry in existing structures. Finally some directions for the future research related to this work are proposed.
XXVII Ciclo
1985

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

2013/2014
The numerical simulation of wake and free-surface flow around ships is a complex topic that involves multiple tasks: the generation of an optimal computational grid and the development of numerical algorithms capable to predict the flow field around a hull. In this work, a numerical framework is developed aimed at high-resolution CFD simulations of turbulent, free-surface flows around ship hulls. The framework consists in the concatenation of “tools” in the open-source finite volume library OpenFOAM®. A novel, flexible mesh-generation algorithm is presented, capable of producing high-quality computational grids for free-surface ship hydrodynamics. The numerical framework is used to solve some benchmark problems, providing results that are in excellent agreement with the experimental measures.
XXVII Ciclo
1981

2013/2014
Durability and cost are the major limiting factors in current PEM fuel cells development and commercialization. Electrocatalyst materials are the main responsible of both cost of the entire fuel cell stack and its degradation during operation [1,2]. In this research durability and degradation have been investigated in high temperature PEM fuel cells (HT-PEMFCs). Specific diagnostic techniques have been studied and tested for the investigation of electrocatalyst structural properties. An experimental sensibility analysis has been carried out with the purpose to assess advantages and limitations of the use of cyclic voltammetry to determine the electrocatalyst ECSA in H3PO4/PBI high temperature PEM fuel cells. Small angle x-ray scattering (SAXS) has been used to obtain structural information of the electrocatalyst nanoparticles, such as size and distribution. A procedure to characterize HT-PEMFCs MEAs by means of SAXS has been developed and tested. Transmission electron microscopy (TEM) is a complementary technique to SAXS: it has been used to validate the diagnostic method and to compare the results. Electrocatalyst evolution during long-term operation has been studied and related with performance loss. Specific stress test protocols have been developed to accelerate electrocatalyst degradation in commercial HT-PEMFC MEAs operated in single cell configuration. Two MEAs have been subjected to load cycling and one to start/stop cycling. One of the two testing protocols based on load cycling included open circuit (OC) condition in each cycle with the purpose to study the effects of frequent and short OCs during operation on MEA durability and electrocatalyst evolution. Specific start-up and shutdown procedures have been used in the start/stop test in order to limit other degradation mechanisms. Cell voltage and polarization curves have been recorded to monitor cell performance during the durability tests. The electrocatalyst structural evolution induced by load cycling has been characterized with SAXS and TEM. The stress test protocols have been effective to accelerate performance and electrocatalyst degradation of the MEA. The voltage decay rate at 200 mAcm-2 was higher than 25 μVh-1 in the samples subjected to load cycles. The start/stop cycling caused a performance degradation of 18 μV/cycle at 222 mAcm-2 during the first 450 cycles of the test. Regarding the diagnostic techniques used to characterize the electrocatalyst, cyclic voltammetry (CV) seems not to be particularly reliable when performed at high temperatures (>100°C) due to the high dependence of the voltammogram shape to humidity conditions. SAXS, on the other hand, seems to be an effective tool to investigate structural properties of PEMFC electrocatalysts. SAXS analysis showed that after 100,000 load cycles the mean size of the platinum nanoparticles more than doubled. TEM results varied about 30% from the SAXS results: this divergence could be due to a very different population size of the nanoparticles that have been analysed in the two methods. Moreover, the preparation of the sample used in TEM may have strongly influenced the electrocatalyst structure. Finally, a visualization of the electrocatalyst structural evolution on large areas of the MEAs subjected to load cycling showed preferential directions of the particles growth that could be due to the position of the channels on the flow-field plates of the fuel cell.
XXVII Ciclo
1987