Dissertations / Theses on the topic 'STRUTTURE E INFRASTRUTTURE ING'

Obiettivo generale dello studio è rivolto alla definizione di linee d’indirizzo volte alla riqualificazione paesaggistica, per l’integrazione ed il recupero delle corti e degli edifici moderni dei centri aziendali agricoli a carattere multifunzionale in territorio rurale, attraverso soluzioni appropriate sia sul piano tecnologico-formale che su quello economico-funzionale. Con riferimento ad un’area studio sovracomunale della provincia di Bologna (Regione Emilia-Romagna), si è determinato, quale obiettivo specifico, l’individuazione delle possibili soluzioni di riqualificazione, da realizzarsi in economia, cioè primariamente attraverso i mezzi e le competenze normalmente disponibili in un’azienda agricola di questo tipo. A seguito del riconoscimento dei caratteri specifici e dei tipi edilizi degli edifici rurali tradizionali nella pianura emiliano romagnola, dell’identificazione delle metodologie d’indagine dei caratteri degli edifici rurali in letteratura, nonché dell’analisi della normativa di riferimento in materia di aziende multifunzionali, sono state definite le aziende studio, appartenenti ad aree geografiche differenti. La metodologia d’indagine individuata è stata condotta per la determinazione delle tipologie costruttive, dei materiali utilizzati e dei requisiti delle aziende, in relazione alle diverse specificità, alla definizione funzionale degli spazi costruiti, degli spazi aperti e delle differenti relazioni fra essi e l’identificazione ed analisi dei percorsi delle diverse tipologie di fruitori. L’identificazione delle criticità dei caratteri architettonici riscontrate, sia negli edifici agricoli sia nella corte, ha condotto al riconoscimento degli ambiti di intervento per la progettazione delle soluzioni di riqualificazione funzionale e paesaggistica, attraverso lo studio delle possibili soluzioni per la schermatura o rivalorizzazione sia degli edifici moderni di servizio all’agricoltura (analizzando le potenzialità progettuali offerte dalle pareti verdi, dai brise soleil, dalle facciate ventilate o da intonaci e tinteggiature), sia per la riqualificazione dei percorsi e degli aspetti paesaggistici (intervenendo sulla proposta di materiali da pavimentazione, e delle essenze da utilizzare), da realizzarsi in economia, ma comparati con alternative proposte di tipo commerciale.
The purpose of this study is to define the guidelines for landscape re-qualification of farms. In particular the study is addressed to recovery the farmyards and modern rural buildings and it is focused on the research of technical and economic solutions, specific for multi-function farms. With reference to an area in the province of Bologna (Emilia Romagna region), the study has defined some possible solutions of re-qualification to be carried out cheaply, by means of instruments and know-how available in the farms themselves. Case studies (divided on a geographical basis) have been defined after the identification of the specific characteristics and the materials utilized. Also the identification of a method to define the rural buildings and the analysis of the standard references has been carried out to analyze the case studies. The analysis methodology identified has aimed to determine the construction types, the materials used and the requirements of the farms. This methodology is referred to the identification of the different building typologies, to the functional definition of open spaces and built areas and to the identification of the paths utilized by users. The identification of the critical aspects of the architectural characters, both in the rural buildings and in the farmyards, has allowed the recognition of the intervention areas to plan the solutions of functional and landscape re-qualification. These intervention areas have been defined through the study of possible shielding solutions or architectonic improvement of rural modern farm buildings, and the re-qualification of paths and vegetation elements of the farmyard.

Obiettivo generale dello studio è rivolto alla definizione di linee d’indirizzo volte alla riqualificazione paesaggistica, per l’integrazione ed il recupero delle corti e degli edifici moderni dei centri aziendali agricoli a carattere multifunzionale in territorio rurale, attraverso soluzioni appropriate sia sul piano tecnologico-formale che su quello economico-funzionale. Con riferimento ad un’area studio sovracomunale della provincia di Bologna (Regione Emilia-Romagna), si è determinato, quale obiettivo specifico, l’individuazione delle possibili soluzioni di riqualificazione, da realizzarsi in economia, cioè primariamente attraverso i mezzi e le competenze normalmente disponibili in un’azienda agricola di questo tipo. A seguito del riconoscimento dei caratteri specifici e dei tipi edilizi degli edifici rurali tradizionali nella pianura emiliano romagnola, dell’identificazione delle metodologie d’indagine dei caratteri degli edifici rurali in letteratura, nonché dell’analisi della normativa di riferimento in materia di aziende multifunzionali, sono state definite le aziende studio, appartenenti ad aree geografiche differenti. La metodologia d’indagine individuata è stata condotta per la determinazione delle tipologie costruttive, dei materiali utilizzati e dei requisiti delle aziende, in relazione alle diverse specificità, alla definizione funzionale degli spazi costruiti, degli spazi aperti e delle differenti relazioni fra essi e l’identificazione ed analisi dei percorsi delle diverse tipologie di fruitori. L’identificazione delle criticità dei caratteri architettonici riscontrate, sia negli edifici agricoli sia nella corte, ha condotto al riconoscimento degli ambiti di intervento per la progettazione delle soluzioni di riqualificazione funzionale e paesaggistica, attraverso lo studio delle possibili soluzioni per la schermatura o rivalorizzazione sia degli edifici moderni di servizio all’agricoltura (analizzando le potenzialità progettuali offerte dalle pareti verdi, dai brise soleil, dalle facciate ventilate o da intonaci e tinteggiature), sia per la riqualificazione dei percorsi e degli aspetti paesaggistici (intervenendo sulla proposta di materiali da pavimentazione, e delle essenze da utilizzare), da realizzarsi in economia, ma comparati con alternative proposte di tipo commerciale.
The purpose of this study is to define the guidelines for landscape re-qualification of farms. In particular the study is addressed to recovery the farmyards and modern rural buildings and it is focused on the research of technical and economic solutions, specific for multi-function farms. With reference to an area in the province of Bologna (Emilia Romagna region), the study has defined some possible solutions of re-qualification to be carried out cheaply, by means of instruments and know-how available in the farms themselves. Case studies (divided on a geographical basis) have been defined after the identification of the specific characteristics and the materials utilized. Also the identification of a method to define the rural buildings and the analysis of the standard references has been carried out to analyze the case studies. The analysis methodology identified has aimed to determine the construction types, the materials used and the requirements of the farms. This methodology is referred to the identification of the different building typologies, to the functional definition of open spaces and built areas and to the identification of the paths utilized by users. The identification of the critical aspects of the architectural characters, both in the rural buildings and in the farmyards, has allowed the recognition of the intervention areas to plan the solutions of functional and landscape re-qualification. These intervention areas have been defined through the study of possible shielding solutions or architectonic improvement of rural modern farm buildings, and the re-qualification of paths and vegetation elements of the farmyard.

With this research, we have made different series of measurement of vibration induced by road traffic. This kind of measurement permits to validate the mathematic model of vibration propagation in the ground near the road.
L'obiettivo della presente ricerca svolta nell’ambito del dottorato è di mettere a punto una metodologia di analisi delle vibrazioni indotte, su terreno e manufatti, dalle infrastrutture di trasporto e cercare una correlazione tra i dati misurati in diverse posizioni lato strada e lato recettori al fine di evidenziare il possibile danno provocato da sorgenti di vibrazione alle costruzioni, valutando effetti di carattere diretto, in conseguenza delle azioni dinamiche trasmesse ai manufatti dal campo di vibrazioni propagate nel sottosuolo, ed indiretto, sotto forma di dissesti causati da deformazioni permanenti del terreno. Dall’analisi della letteratura scritta sull’argomento si evidenziano differenti approcci metodologici e soluzioni tecniche per la mitigazione dei disturbi provocati dalle vibrazioni, ma non vengono mai indicate delle metodologie di misura e calcoli preventivo al fine di prevedere il livello stimato ai recettori a causa della presenza di una infrastruttura. Con la presente ricerca si cercherà quindi, con l’ausilio dell’analisi di dati reali, di proporre una metodologia di analisi e modellazione, che possa essere di riferimento a quanti si trovano ad affrontare simili problematiche

La porosità nei materiali utilizzati a scopi ingegneristici è spesso indesiderata per applicazioni strutturali. Tuttavia, la porosità offre notevoli vantaggi in termini di leggerezza, riduzione dei costi di produzione, smorzamento, isolamento termico e energia specifica. Inoltre, i materiali porosi sono ampiamente utilizzati in molteplici applicazioni industriali in diversi settori quali: automotive, aeronautico e navale. Negli ultimi anni, l’attenzione è stata rivolta a questa particolare classe di materiali in quanto combinano alte performance e basso peso. I materiali cellulari, generalmente, sono prodotti attraverso la combinazione di materiali organici. Tuttavia, recentemente, sono state introdotte anche tecnologie per la produzione di materiali cellulari a base metallica. Nel presente lavoro è stata descritta una nuova tecnologia di schiumatura per resine termoindurenti. Una resina non curata sotto forma di polvere viene compattata a freddo in uno stampo di acciaio e usata come precursore. La pasticca, quindi, viene scaldata in un forno a muffola ad alta temperatura per ottenere la schiuma. Nessun agente schiumante è stato introdotto in quanto il meccanismo di formazione della schiuma dipende solamente dal punto di ebollizione della resina non curata. La temperatura di schiumatura viene impostata per essere alta a sufficienza da raggiungere velocemente la temperatura di ebollizione della resina ma non così alta da provocare fenomeni di degrado. Durante l’ebollizione, la resina polimerizza e le bolle rimangono intrappolate nella forma finale. Attraverso questa tecnologia, possono essere prodotti sia compositi che nano-compositi. Infatti, prima della compattazione, la resina in polvere può essere miscelata con diversi tipi di rinforzo ceramici o metalli micro o nano-particellari. Per quanto riguarda le schiume di alluminio, è stata proposta una nuova tecnologia di schiumatura per produrre schiume a celle aperte di alluminio attraverso la “replicazione”. Il processo consiste in quattro step fondamentali: la preparazione della preforma di cloruro di sodio (NaCl); l’infiltrazione dell’alluminio fuso nella preforma di sale; la solidificazione del metallo; la dissoluzione del sale in acqua. Per la produzione della preforma è stato utilizzato un sale grosso e successivamente sono state studiate le caratteristiche meccaniche della schiuma di alluminio ottenuta. In conclusione, è stato proposto, inoltre, un metodo alternativo per piegare le schiume di alluminio reperibili in commercio utilizzando un laser a diodi. Pannelli a celle aperte e chiuse sono stati piegati al laser ed è stata studiata l’influenza dei principali parametri di processo (potenza laser e velocità di scansione) sull’efficienza di piegatura. Attraverso le prove condotte si è potuto constatare come il laser sia capace di formare agevolmente i pannelli senza provocare danneggiamenti al campione.
Porosity in dense engineering materials is often undesirable for load-bearing applications. However, porosity is highly beneficial for weight and cost reduction, damping, thermal insulation and specific strength. Moreover, porous materials are extensively used in several industrial applications: automotive, aeronautics, and naval. In the last years, the attention has been focused on new materials because of the combination of high performances and low weight. Cellular materials were initially produced by means of organic compounds: recently, technologies for the processing of metallic cellular materials have been introduced as well. In the present work, a new foaming process is described for thermosetting resins. Uncured resin tablets are fabricated by pressing commercial powders in a steel mould at room temperature, and used as foam precursors. The tablets foam when heated in a muffle at high temperature. No blowing agent is added as the foaming mechanism depends on the uncured resin boiling point. The foaming temperature is set to be high enough to rapidly produce the resin boiling but not excessive to avoid the thermal degradation. During boiling, the resin polymerizes and the bubbles froze in the final structure. By means of this technology, composite and nano-composite foams may be produced as well. In fact, before compaction, the resin powder may be easily mixed with several fillers such as ceramic or metallic micro and nano-particles. As regards the aluminium foams, a new foaming technology was also proposed to produce open-cell aluminium foams by “replication”. Particularly, the process consisted of four main steps: the preparation of a pre-form of sodium chloride (NaCl); the infiltration of the pre-form with molten aluminium; the metal solidification; the water dissolution of the salt. Coarse NaCl grains were used to produce the pre-forms and the mechanical properties of the solidified foams were evaluated. In conclusion, a different method to shape commercial metallic foam panels was proposed by using a diode laser. Open- and closed-cell panels were laser bent and the effect of the main process parameters (laser power and scan velocity) on the bending efficiency was investigated. As a result, a very good formability was observed for the laser processed panels.

2007/2008
Realizzazione di un codice per la progettazione assistita di impalcati da ponte in struttura mista acciaio- calcestruzzo. Esecuzione del processo di ottimizzazione mediante un software commerciale ed un codice di nostra realizzazione.
XXI Ciclo
1975

2006/2007
Il presente progetto di dottorato si è soffermato sull’analisi di un nuovo sistema costruttivo ad elementi tralicciati misti acciaio-calcestruzzo. Scopo principale del sistema è quello di sviluppare la prefabbricazione edilizia, con particolare riguardo a quella relativa ad edifici multipiano, a destinazione civile, ubicati in zona sismica. Il lavoro è partito dall’analisi delle tipologie esistenti di strutture miste e prefabbricate per individuare le caratteristiche e le problematiche che emergono da questi sistemi costruttivi. È stata quindi individuata una tipologia di edificio, a destinazione direzionale, che poteva venir realizzato utilizzando il nuovo sistema strutturale proposto. Così da individuare le caratteristiche di sollecitazione sui vari elementi strutturali. Con i dati forniti dalla progettazione della struttura nel suo insieme, è stata determinata la geometria della sezione di tre particolari elementi, due travi, una prima fase ed una in seconda fase, ed un nodo trave-colonna. Successivamente sono state svolte, presso il laboratorio del Dipartimento di Ingegneria Civile dell’Università degli Studi di Trieste, le prove sperimentali sui campioni presi in considerazione: due travi tralicciate e un nodo trave-colonna. Tali prove hanno lo scopo di mettere in luce gli aspetti significativi del comportamento a taglio e flessione delle travi e il comportamento del nodo strutturale trave-colonna in condizioni cicliche. Per tutti i campioni si è proceduto al posizionamento di adeguati strumenti di misura al fine di investigare in maniera quantitativa il comportamento dei vari elementi durante l’esecuzione delle prove. Come termine di paragone con i dati sperimentali, sono state svolte delle analisi numeriche, mediante la modellazione dei provini con un codice di calcolo ad elementi finiti (ABAQUS) che permette una modellazione molto accurata della geometria della struttura e delle caratteristiche dei materiali impiegati. In seguito alla comparazione dei risultati numerico-sperimentali ottenuti, vengono proposte delle leggi numeriche di comportamento semplificate, di tipo sperimentale, utili nella progettazione di costruzioni con questo sistema tralicciato misto acciaio-calcestruzzo.
XIX Ciclo
1974

Nel corso dell'ultimo secolo, l'applicazione di materiali innovati ad elevata rigidezza specifica, come compositi e nanocompositi, è aumentata rapidamente a causa della necessità da parte dell'industria aerospaziale di utilizzare componenti sempre più leggeri e performanti. La riduzione della massa degli aeromobili ha contribuito alla diminuzione del consumo di carburante e, quindi, al taglio di costi ed emissioni di anidride carbonica. I maggiori problemi che sono tuttavia emersi derivano dalla difficoltà nel predire eventi che sono descritti da leggi complesse, e riguardano la comprensione dei meccanismi di innesco ed evoluzione delle cricche. Per ottenere una descrizione accurata di questi materiali sono stati impiegati diversi approcci basati sulla teoria classica del continuo. Tuttavia, la loro applicazione allo studio della propagazione di cricche introduce alcune difficoltà legate alla presenza di derivate spaziali degli spostamenti nelle equazioni del moto, le quali non sono definite laddove la continuità dei campi di spostamento non sia verificata. Molti ricercatori hanno perciò dotato questi metodi della capacità di simulare la formazione e propagazione delle cricche, ma tutte le strategie proposte presentano delle criticità. Per superare questi limiti, sono stati proposti dei metodi basati sulla teoria della peridinamica, una riformulazione non-locale della teoria classica del continuo. Considerando che questa teoria prevede l'utilizzo di equazioni integrali anziché di derivate spaziali, essa è efficace anche in corrispondenza di discontinuità del materiale, e permette quindi la modellazione delle interfacce tra diverse fasi e della frattura come risposta naturale del materiale. L'introduzione di un parametro di lunghezza interno consente inoltre l'analisi della risposta del materiale a diverse scale di grandezza, dalla macroscala alla nanoscala, rendendo la teoria adatta anche allo studio di nanocompositi. Tuttavia, a causa della loro natura non-locale, i modelli peridinamici hanno un costo computazionale superiore a quello dei modelli basati sulla teoria classica del continuo, e sono quindi difficilmente applicabili allo studio di strutture di grandi dimensioni. La natura non-locale della teoria causa complicazioni anche nell'applicazione delle condizioni al contorno. Di conseguenza, è conveniente accoppiare metodi basati sulla teoria classica del continuo con quelli basati sulla peridinamica. In questo contesto, gli obiettivi principali della tesi sono lo studio dell'accoppiamento tra meccanica classica del continuo e peridinamica, con particolare attenzione all'analisi dell'equilibrio globale, e l'applicazione della peridinamica allo studio delle proprietà meccaniche dei nanocompositi. La prima parte della tesi, cioè il Capitolo 2, tratta per la prima volta la questione dell'equilibrio globale in sistemi accoppiati. La maggiore innovazione è rappresentata dai risultati analitici e numerici ottenuti, che provano che la mancanza di equilibrio tra trazioni locali e non-locali nella zona di interfaccia tra i due metodi è la causa del disequilibrio statico strutturale. Altri importanti contributi derivano dallo studio dell'impatto della forma e della posizione della zona di interfaccia sull'entità delle forze di disequilibrio e in problemi che coinvolgono la propagazione di cricche. Nella seconda parte della tesi, ossia nel Capitolo 3, la peridinamica è utilizzata per studiare le proprietà a trazione di nanocompositi. La maggiore innovazione è costituita dallo sviluppo di un approccio in grado di simulare la distribuzione randomica di nanocariche di diverse dimensioni e orientazioni, e di modellare diverse proprietà di interfaccia, l'agglomerazione e la curvatura delle nanocariche. Questo studio fornisce le basi fondamentali per una futura analisi della formazione e propagazione delle cricche in materiali nanocompositi.
In the last century, the application of innovative high specific stiffness materials like composites and nanocomposites has rapidly increased due to the need of the aerospace industry to employ lighter and more efficient components for aircraft structures. The reduction of aircraft mass has consequently contributed in decreasing fuel consumption and, therefore, in cutting costs and carbon emissions. The main problems, which have however come to light, derive from the difficulty in predicting events that are described by complex laws, and concern the understanding of damage initiation and evolution mechanisms. In order to achieve an accurate description of these complex materials, several approaches based on the classical theory have been employed during the past years. However, their application for damage propagation introduces some difficulties related to the presence of spatial derivatives of displacements in the governing equations, which are undefined wherever continuity of displacement fields is not verified. Many scientists have therefore tried to equip these methods with the capability to simulate crack formation and propagation, but all the proposed strategies present some drawbacks. Innovative methods based on the peridynamic theory, which is a nonlocal reformulation of classical continuum mechanics, have recently been proposed to overcome these limitations. Considering that the theory deals with integral equations rather than spatial differentiation, peridynamics-based approaches can handle material discontinuities, thus allowing for the modelling of the interfaces between different phases and for the treatment of fracture as a natural material response. Moreover, the introduction of a length parameter enables the analysis of material response at different length scales, from macroscale to nanoscale, thus making the theory suited also to the study of nanocomposite materials. However, peridynamic models are computationally more expensive than classical continuum ones due to their nonlocal nature, which hinders their application in large-scale simulations. Moreover, since the application of boundary conditions in peridynamics is nonlocal, it is more challenging than that in the classical theory framework. Hence, it is convenient to couple computational methods based on classical continuum mechanics with those based on peridynamics. In this context, the main purposes of the thesis are the study of local-to-nonlocal coupling, with a focus on the analysis of overall equilibrium issues, and the application of peridynamics for modelling nanocomposite mechanical properties. The first part of the thesis, i.e., Chapter 2, addresses, for the first time, the problem of the overall equilibrium in the coupling of classical continuum mechanics and peridynamics. The main original contributions of this work are the analytical and numerical evidences that the main reason for the existence of out-of-balance forces is a lack of balance between the local and nonlocal tractions at the coupling interface. Other important contributions are represented by the study of the impact of the shape of the coupling interface on the overall equilibrium, and by the analysis of the effect of the location of the coupling interface in the context of damage propagation problems. In the second part of the thesis, i.e., in Chapter 3, peridynamics is exploited to model the tensile modulus of polymer-based nanocomposites. The main original contribution of this work is the development of a new approach capable of simulating randomly distributed nanofillers with different sizes and orientations, and of modelling different interphase properties, nanofiller agglomeration phenomena, and nanofiller curvature. The work provides the fundamental bases for a future study of crack formation and propagation in nanocomposite materials.

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.

Adhesive bonding provides solutions to realize cost effective and low weight aircraft fuselage structures, in particular where the Damage Tolerance (DT) is the design criterion. Bonded structures that combine Metal Laminates (MLs) and eventually Selective Reinforcements can guarantee slow crack propagation, crack arrest and large damage capability. To optimize the design exploiting the benefit of bonded structures incorporating selective reinforcement requires reliable analysis tools. The effect of bonded doublers / selective reinforcements is very difficult to be predicted numerically or analytically due to the complexity of the underlying mechanisms and failures modes acting. Reliable predictions of crack growth and residual strength can only be based on sound empirical and phenomenological considerations strictly related to the specific structural concept. Large flat stiffened panels that combine MLs and selective reinforcements have been tested with the purpose of investigating solutions applicable to pressurized fuselages. The large test campaign (for a total of 35 stiffened panels) has quantitatively investigated the role of the different metallic skin concepts (monolithic vs. MLs) of the aluminum, titanium and glass-fiber reinforcements, of the stringers material and cross sections and of the geometry and location of doublers / selective reinforcements. Bonded doublers and selective reinforcements confirmed to be outstanding tools to improve the DT properties of structural elements with a minor weight increase. However the choice of proper materials for the skin and the stringers must be not underestimated since they play an important role as well. A fuselage structural concept has been developed to exploit the benefit of a metal laminate design concept in terms of high Fatigue and Damage Tolerance (F&DT) performances. The structure used laminated skin (0.8mm thick), bonded stringers, two different splicing solutions and selective reinforcements (glass prepreg embedded in the laminate) under the circumferential frames. To validate the design concept a curved panel was manufactured and tested under loading conditions representative of a single aisle fuselage: cyclic internal pressurization plus longitudinal loads. The geometry of the panel, design and loading conditions were tailored for the requirements of the upper front fuselage. The curved panel has been fatigue tested for 60 000 cycles before the introduction of artificial damages (cracks in longitudinal and circumferential directions). The crack growth of the artificial damages has been investigated for about 85 000 cycles. At the end a residual strength test has been performed with a “2 bay over broken frame” longitudinal crack. The reparability of this innovative concept has been taken into account during design and demonstrated with the use of an external riveted repair. The F&DT curved panel test has confirmed that a long fatigue life and high damage tolerance can be achieved with a hybrid metal laminate low weight configuration. The superior fatigue life from metal laminates and the high damage tolerance characteristics provided by integrated selective reinforcements are the key concepts that provided the excellent performances. The weight comparison between the innovative bonded concept and a conventional monolithic riveted design solution showed a significant potential weight saving but the weight advantages shall be traded off with the additional costs.

Adhesive bonding provides solutions to realize cost effective and low weight aircraft fuselage structures, in particular where the Damage Tolerance (DT) is the design criterion. Bonded structures that combine Metal Laminates (MLs) and eventually Selective Reinforcements can guarantee slow crack propagation, crack arrest and large damage capability. To optimize the design exploiting the benefit of bonded structures incorporating selective reinforcement requires reliable analysis tools. The effect of bonded doublers / selective reinforcements is very difficult to be predicted numerically or analytically due to the complexity of the underlying mechanisms and failures modes acting. Reliable predictions of crack growth and residual strength can only be based on sound empirical and phenomenological considerations strictly related to the specific structural concept. Large flat stiffened panels that combine MLs and selective reinforcements have been tested with the purpose of investigating solutions applicable to pressurized fuselages. The large test campaign (for a total of 35 stiffened panels) has quantitatively investigated the role of the different metallic skin concepts (monolithic vs. MLs) of the aluminum, titanium and glass-fiber reinforcements, of the stringers material and cross sections and of the geometry and location of doublers / selective reinforcements. Bonded doublers and selective reinforcements confirmed to be outstanding tools to improve the DT properties of structural elements with a minor weight increase. However the choice of proper materials for the skin and the stringers must be not underestimated since they play an important role as well. A fuselage structural concept has been developed to exploit the benefit of a metal laminate design concept in terms of high Fatigue and Damage Tolerance (F&DT) performances. The structure used laminated skin (0.8mm thick), bonded stringers, two different splicing solutions and selective reinforcements (glass prepreg embedded in the laminate) under the circumferential frames. To validate the design concept a curved panel was manufactured and tested under loading conditions representative of a single aisle fuselage: cyclic internal pressurization plus longitudinal loads. The geometry of the panel, design and loading conditions were tailored for the requirements of the upper front fuselage. The curved panel has been fatigue tested for 60 000 cycles before the introduction of artificial damages (cracks in longitudinal and circumferential directions). The crack growth of the artificial damages has been investigated for about 85 000 cycles. At the end a residual strength test has been performed with a “2 bay over broken frame” longitudinal crack. The reparability of this innovative concept has been taken into account during design and demonstrated with the use of an external riveted repair. The F&DT curved panel test has confirmed that a long fatigue life and high damage tolerance can be achieved with a hybrid metal laminate low weight configuration. The superior fatigue life from metal laminates and the high damage tolerance characteristics provided by integrated selective reinforcements are the key concepts that provided the excellent performances. The weight comparison between the innovative bonded concept and a conventional monolithic riveted design solution showed a significant potential weight saving but the weight advantages shall be traded off with the additional costs.

In this PhD thesis the crashworthiness topic is studied with the perspective of the development of a small-scale experimental test able to characterize a material in terms of energy absorption. The material properties obtained are then used to validate a nu- merical model of the experimental test itself. Consequently, the numerical model, calibrated on the specific ma- terial, can be extended to more complex structures and used to simulate their energy absorption behavior. The experimental activity started at University of Washington in Seattle, WA (USA) and continued at Second Faculty of Engi- neering, University of Bologna, Forl`ı (Italy), where the numerical model for the simulation of the experimental test was implemented and optimized.

In this PhD thesis the crashworthiness topic is studied with the perspective of the development of a small-scale experimental test able to characterize a material in terms of energy absorption. The material properties obtained are then used to validate a nu- merical model of the experimental test itself. Consequently, the numerical model, calibrated on the specific ma- terial, can be extended to more complex structures and used to simulate their energy absorption behavior. The experimental activity started at University of Washington in Seattle, WA (USA) and continued at Second Faculty of Engi- neering, University of Bologna, Forl`ı (Italy), where the numerical model for the simulation of the experimental test was implemented and optimized.

On the basis of well-known literature, an analytical tool named LEAF (Linear Elastic Analysis of Fracture) was developed to predict the Damage Tolerance (DT) proprieties of aeronautical stiffened panels. The tool is based on the linear elastic fracture mechanics and the displacement compatibility method. By means of LEAF, an extensive parametric analysis of stiffened panels, representative of typical aeronautical constructions, was performed to provide meaningful design guidelines. The effects of riveted, integral and adhesively bonded stringers on the fatigue crack propagation performances of stiffened panels were investigated, as well as the crack retarder contribution using metallic straps (named doublers) bonded in the middle of the stringers bays. The effect of both perfectly bonded and partially debonded doublers was investigated as well. Adhesively bonded stiffeners showed the best DT properties in comparison with riveted and integral ones. A great reduction of the skin crack growth propagation rate can be achieved with the adoption of additional doublers bonded between the stringers.

On the basis of well-known literature, an analytical tool named LEAF (Linear Elastic Analysis of Fracture) was developed to predict the Damage Tolerance (DT) proprieties of aeronautical stiffened panels. The tool is based on the linear elastic fracture mechanics and the displacement compatibility method. By means of LEAF, an extensive parametric analysis of stiffened panels, representative of typical aeronautical constructions, was performed to provide meaningful design guidelines. The effects of riveted, integral and adhesively bonded stringers on the fatigue crack propagation performances of stiffened panels were investigated, as well as the crack retarder contribution using metallic straps (named doublers) bonded in the middle of the stringers bays. The effect of both perfectly bonded and partially debonded doublers was investigated as well. Adhesively bonded stiffeners showed the best DT properties in comparison with riveted and integral ones. A great reduction of the skin crack growth propagation rate can be achieved with the adoption of additional doublers bonded between the stringers.

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

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

The challenging requirements set on new full composite aeronautical structures are mostly related to the demonstration of damage tolerance capability of their primary structures, required by the airworthiness bodies. And while composite-made structures inherently demonstrate exceptional fatigue properties, when put in real life working conditions, a number of external factors can lead to impact damages thus reducing drastically their fatigue resistance due to fiber delamination, disbonding or breaking. This PhD aims towards contributing to the better understanding of the behavior of the primary composite aeronautical structure after near-edge impacts which are inevitable during the service life of an aircraft. The behavior of CFRP structures after impacts in only one small piece of the big picture which is the certification of CFRP built aircraft, where several other parameters need to be evaluated in order to fulfill the airworthiness requirements. These parameters are also discussed in this PhD thesis in order to give a better understanding of the complex task of CFRP structure certification, in which behavior of the impacted structure plays an important role. An experimental and numerical campaign was carried out in order to determine the level of delamination damage in CFRP specimens after near-edge impacts. By calibrating the numerical model with experimental data, it was possible, for different configurations and energy levels, to predict the extension of a delamination in a CFRP structure and to estimate its residual static strength using a very simple but robust technique. The original contribution of this work to the analysis of CFRP structures is the creation of a model which could be applicable to wide range of thicknesses and stacking sequences of CFRP structures, thus potentially being suitable for industrial application, as well.

Composite materials characteristics are highly influenced by foreign objects impacts. My research focused on how a Low Velocity Impact and, therefore, Barely Visible Impact Damages, can reduce carbon/epoxy laminates compressive residual characteristics and which could be an improvement of their impact resistance. Solution was found out in Fibre Metal Laminates. Experimental and numerical analysis were performed on Carbon/Epoxy and Fibre Metal Laminate.

Adhesively bonded joints are attracting increasing interest in the aerospace industry. However, incomplete knowledge of fatigue crack growth in adhesive bonds is a major concern to their application. This thesis investigates several aspects of crack growth in adhesively bonded joints. The influence of adhesive thickness on fatigue crack growth under mode I loading was addressed by a combination of experimental tests and numerical simulations. Increased crack growth was found in thicker specimens. This was explained as a result of increased energy available for crack growth in thicker adhesives, while the crack growth resistance was found not to be affected by the thickness. Formation of micro-cracks promoted by increased plasticity is thought to be the source of increased crack growth. Cohesive zone models were applied to the study of mode I and mode II quasi-static crack growth. A strong dependence on the input parameters was observed. In particular, the effect of viscous regularization on the solution was investigated. A proof of consistency of the viscous solution was proposed. It was shown that a low value of viscosity is needed to obtain consistent results. Finally, disbond arrest in bonded GLARE was studied by means of fatigue tests on bolted cracked lap shear specimens. The experiments evidenced a moderate decrease of the crack growth rate near the bolt. This was further investigated by numerical computations, which showed a significant change of the strain energy release rate around the bolt from mixed mode I/II to almost pure mode II. Outside this region, good predictions of the fatigue crack growth rate could be obtained by a combination of existing models from the literature. Extensive adherent cracking was observed, which led to the conclusion that crack arrest in GLARE comes from a balance of adhesive crack growth retardation and adherent cracking.

The research belongs to the field of study about the Romanization of Istria and its parallel development in settlements and economics. The principal aim was to rebalance the relationship, during that historical period and the following ones, between a coastal strip characterized by villae maritimae - a place of transformation and trade, topic which has been deeply studied - and the hinterland - place of production, much less studied, on the other hand. The analysis approach which has been chosen is that of centuriation . It is already known in the middle-west and southern part of the peninsula which is historically connected with the ancient towns of Pola, Nesactium and Parentium. This method has required a critical evaluation of the history of the studies and the level of knowledge of the old rural infrastructure; its georefereing and the digitization in GIS system of its components (by the use of topographic cartography IGM and HTK), of a DEM, of zenithal area photos and satellite images; the analysis of the ratio between centuriation and settlement, by interpolation of geomorfological, archeological (pre/protohistorical, Roman), architectural ( early Christian religious architecture) and toponymic ( predial names) data.The results of the research deal with: the dynamic function of the centurial limites ( like roads integrated with port structures); the analysis of the distributive and organisational connection between rural infrastructure and settlement, on the coastal area and in the hinterland; some aspects of the historical evolution of the anthropic landscape in Istria in relationship with the phenomenon of the long duration of the ancient work of rural arrangement and the modern settlement trends.
La ricerca si inserisce nell'ambito degli studi sulla romanizzazione dell'Istria e sul suo contemporaneo sviluppo insediativo ed economico. L'obiettivo guida era quello di restituire equilibrio, in quella e nelle successive fasi storiche, al rapporto tra una fascia costiera caratterizzata in età  romana dal fenomeno delle villae maritimae e luogo della trasformazione e della commercializzazione (molto studiata) e l'entroterra, lo spazio della produzione (molto meno indagato). L'approccio di analisi scelto è stato quello della centuriazione, già  riconosciuta nella parte centro occidentale e meridionale della penisola, storicamente legata (connessa) alle antiche città  di Pola, Nesactium e Parentium. Il metodo seguito ha previsto una valutazione critica della storia degli studi e dello stato della conoscenza sull'antica infrastruttura agraria; la sua georeferianzione e la digitalizzazione in ambiente GIS delle sue componenti, attraverso l'uso di cartografia topografica (storica e moderna), di un DEM, di foto aeree zenitali e di immagini da satellite; l'analisi del rapporto tra centuriazione e insediamento, attraverso interpolazione di dati geomorfologici, archeologici (pre/protostorici, romani), architettonici (edilizia religiosa paleocristiana e cristiana), toponomastici (toponimi prediali). I risultati proposti riguardano: l'estensione della centuriazione istriana; la funzione dinamica dei limites centuriali (come strade dall'interno alla costa, integrate da strutture portuali); l'analisi del rapporto distributivo e organizzativo tra infrastruttura agraria e insediamento, in area costiera e interna; alcuni aspetti dell'evoluzione storica del paesaggio antropico istriano in rapporto al fenomeno della lunga durata dell'antica opera di assetto agrario.

A suitable throughput in the EUV spectral range can be obtained using a grazing incidence optical configuration, however, for small reflection angles, useful also for limited size of the experimental setup and optic system aberrations reduced, the multilayer reflective coatings have to be used. A typical multilayer coating consists in a periodic structure realized by the alternating deposition of films of two or more different materials with relatively high optical contrast and low absorption. The multilayer working principle is based on the constructive interference among the electromagnetic wave components reflected at the various interfaces. The films thickness is defined in order to comply this principle for predetermined wavelengths. The choice of the materials is made in order to maximize their optical contrast, i.e. in such a way that their refraction index are as different as possible. In this way, according with the Fresnel law, the amplitude of the electromagnetic wave reflected at each interface is maximized. In this PhD work have been optimized aperiodic multilayer structures for different applications like: EUV and x-ray astronomy, EUV lithography and reflection of attosecond ultrashort pulses, like those due to high order harmonics of laser pulses generated in the interaction of ultrashort laser pulses with matter. The input parameters are the multilayer thicknesses, materials and layers number, instead the merit function is the multilayer reflection. Multilayer coating for EUV lithography Pertaining the design of EUVL multilayers, novel aperiodic structures covered by capping layers resistant to environmental attack have been developed. This multilayer offer superior performance for extreme ultraviolet lithography, in particular an integrated intensity increase of up to 2.18 times that obtained using standard periodic multilayers has been estimated. The a-periodic structures have minimal absorption in the top-most layers, which makes them especially insensitive to both the choice of capping layer material, and to any subsequent capping layer degradation due to oxidation or contamination. This property allows for the use of the most resilient capping layer materials available, thereby leading to significantly improved lifetime. We have produced prototype capped a-periodic coatings and have measured their performance. Multilayer coating for EUV astronomy Space optic instrumentation for the sun observation in the Extreme Ultraviolet (EUV) spectral region is often based on multilayer coating technology. Such coatings have not negligible bandwidth, and therefore, often the detected signal is due to the contribution of different very close spectral lines. In this PhD work we present a study of innovative capping layer structures covering the multilayer coating able to improve the rejection of the unwanted lines and at the same time preserving the reflectivity peak at the working wavelength. The mathematical design method will be presented and discussed. Moreover, theoretical results for some structures designed by the use of the new mathematical tool will be presented and discussed. Experimental results related to periodic Mo/Si multilayer covered by an optimized Mo/Si capping layer able to reflect the Fe-XV line with rejection ratio of some orders of magnitude for the near He-II intense line are presented. Multilayer coating for x ray astronomy The configurations adopted in X-ray telescopes are based on the Wolter designs. In the past mirrors have been coated by a single material layer exploiting the external reflection phenomena. This approach can be very critical at energies above 10 keV, since external reflection appears at very low grazing incidence angle, and therefore very tight mechanical constraints in mirror alignment and on optical mounts are required. More recently the discovery and development of multilayer coatings have revolutionized the roadmap of the x-ray telescope's technology. Different mathematical approaches have been used for finding the optimum solution in term of broadband reflectivity. Global optimization algorithms like genetic algorithm or simulated annealing capable of searching the optimum structure inside a very wide domain of possible solutions have been used. Some mathematical tools adopt layer design constraints able to guide the focusing of the algorithms toward specific types of solution, as depth graded multilayer with a powerlaw layer distribution. More recently, a further step has been represented by a math formalism able to provide chaotic layer distribution solutions which have gain of very flat reflectivity. In this PhD work we show the preliminary results of some broadband W/B4C multilayer design. Multilayer coating for EUV attosecond pulses In the field of attosecond pulses generated by high order harmonics both the harmonic spectral shape and the spectral phase have to be controlled. In the case of plateau harmonics, the need is to compensate the phase mismatch between different harmonics and obtain a Gaussian reshaping of the spectrum, while, in the case of cut-off harmonics the phase locking has to be preserved for obtaining a Gaussian reshaping of the spectrum. It is worth to be noted that for attosecond experiments it is essential to study optical design capable to comply with the above requirements. For the VUV and XUV harmonics reflection an interesting solution are multilayer mirrors. Typical periodic structures are characterized by energy band coverage usually restricted to few percent of the peak energy i.e., for example, a few eV at about 100 eV. This means that in the case of ultra-short radiation pulses (< femtosecond) the corresponding "wide" spectral features cannot be preserved. In this PhD work we study aperiodic multilayer designed in order to reflect attodsecond pulses.
Nella regione spettrale dell'EUV e dei raggi x le radiazioni sono altamente energetiche, conseguentemente i modelli teorici che ne descrivono il comportamento sono differenti da quelli classici usati per le onde nella regione spettrale che va dal visibile all'infrarosso (molto meno energetiche). In questa regione spettrale, infatti, tutti i materiali hanno un assorbimento non trascurabile della radiazione unito ad un basso contrasto ottico. A causa di ciò i sistemi ottici tradizionali in trasmissione (lenti, prismi) non possono essere utilizzati, si devono pertanto utilizzare ottiche in riflessione. I materiali ed i rivestimenti monostrato, utilizzati nelle regioni a lunghezza d'onda maggiore, offrono però un'efficienza nulla in questa regione spettrale qual'ora utilizzate in incidenza normale (come è necessario per poter contenere le aberrazioni di un sistema ottico e per avere dimensioni contenute del "setup" sperimentale). E' pertanto necessario utilizzare degli specchi con "coating" realizzati da sistemi multistrato, ossia consistenti nel deposito di due o più materiali. Generalmente un materiale presenta il più basso assorbimento possibile, detto anche spaziatore, mentre l'altro, detto anche assorbitore, presenta un assorbimento relativamente alto rispetto al primo. Una struttura tipica consiste nella ripetizione periodica di un film assorbitore alternato ad uno spaziatore conservando il valore dei singoli spessori lungo tutta la struttura, tale tipo di multilayer viene definito periodico. Nel caso di multilayer periodici è possibile ricavare, grazie alla legge di Bragg, gli spessori che diano un picco di riflettività ad una data lunghezza d'onda. Nel caso di multilayer aperiodici, invece, risulta molto difficile determinare un metodo per ricavare la scelta degli spessori che diano luogo ad un comportamento predeterminato in riflessione; infatti essi determinano le differenze di cammino ottico tra le onde riflesse ad ogni interfaccia, comportando interferenza costruttiva o distruttiva per le diverse lunghezze d'onda. Il lavoro di dottorato, presentato in questa tesi, consiste nel disegno nella realizzazione e nella caratterizzazione sperimentale di innovative strutture multistrato aperiodiche disegnate per le più svariate applicazioni quali la fotolitografia, l'astronomia per i raggi x e per l'estremo ultravioletto, e la riflessione di impulsi ultrabrevi, come le armoniche laser di ordine elevato generate nella interazione di impulsi laser ultrabrevi con la materia. La procedura seguita nella ricerca della distribuzione ottimale di strati si compone nelle seguenti fasi: - definizione dei parametri liberi da ottimizzare; - individuazione di una funzione di merito in grado di stimare in maniera adeguata la qualità delle soluzioni al variare dei parametri; - ottimizzazione dei parametri liberi. Nella maggior parte dei casi considerati i parametri liberi sono gli strati del multilayer e la funzione obbiettivo è un predeterminato comportamento in riflessione. Considerando la forte irregolaritè della riflessione al variare degli strati e l'elevato numero di strati e quindi di parametri liberi del problema (generalmente 100), è preferibile utilizzare algoritmi di ottimizzazione globali quali ad esempio gli algoritmi genetici. In questo lavoro di tesi un algoritmo genetico, presente nel toolbox di MATLAB, è stato potenziato con delle regole matematiche di selezione. Fotolitografia EUV Uno dei più importanti campi di applicazione dei ricoprimenti multistrato è la fotolitografia EUV di nuova generazione, su cui sono concentrate le risorse della grande industria dei processori (Intel, AMD, Motorola ecc). La fotolitografia trasferisce i diversi schemi di circuito su un wafer di silicio proiettando un raggio uniforme di luce laser attraverso una maschera e facendolo convergere in seguito sul materiale fotosensibile di cui è rivestito il wafer di silicio. Successivamente si giunge al disegno finale del circuito attraverso sviluppo, "etching" (rimozione chimica) e deposito dei materiali. Nel corso degli anni si sono sviluppati circuiti sempre più piccoli, il che solitamente ha comportato componenti elettroniche più piccole, più veloci e meno costose, mediante l'utilizzo di lunghezze d'onda di luce sempre più piccole. Il ridimensionamento delle lunghezze d'onda ha portato a considerare l'utilizzo la radiazione nell'EUV e specchi a multistrato invece che laser e lenti. Nella fotolitografia EUV i fenomeni che degradano l'efficienza delle ottiche sono la deposizione sulla superficie degli specchi di composti di carbonio e l'ossidazione. In particolare l'ossidazione sembra essere il fenomeno più difficile da arginare, esso ha origine dagli elettroni fotoemessi che rompono le molecole d'acqua, presenti nell'ambiente fotolitografico, generando molecole di ossigeno che si depositano sulla superficie delle ottiche e conseguentemente reagiscono con essa formando uno strato sottile di ossido. Sfortunatamente l'ossido è una tipologia di materiale fortemente assorbente per la radiazione nell'EUV e quindi può degradare di molto l'efficienza delle ottiche di un sistema per la fotolitografia EUV. Una soluzione adottata per proteggere le ottiche dai fenomeni sopra descritti, e conseguentemente prolungarne il tempo di vita, consiste nella deposizione di due strati protettivi di rutenio e di molibdeno o carburo di silicio sopra le ottiche multistrato. Tale tipo di strati protettivi permettono alle ottiche multistrato di raggiungere gli obbiettivi di tempo di vita utile prefissi dalla "roadmap" della fotolitografia EUV, purtroppo però la loro deposizione sopra una struttura periodica, struttura standard per fotolitografia, ne abbassa di molto l'efficienza. Nell'ambito di questo lavoro di dottorato sono state realizzate e caratterizzate ottiche multistrato, ricoperte dalle tipologie di strati protettivi descritti prima, disegnate in modo da migliorare la stabilità delle prestazioni rispetto ad ogni possibile cambio delle proprietà ottiche del materiale costituente lo strato protettivo e contemporaneamente massimizzare l'efficienza della riflessione. Tali proprietà derivano dalla differente distribuzione dell'onda stazionaria di queste strutture rispetto le strutture periodiche generalmente utilizzate. Oltre agli effetti appena descritti lo spostamento dell'onda stazionaria ha un altro effetto benefico che è quello di diminuire il numero di elettroni foto-emessi, i quali sono la principale causa di ossidazione delle ottiche in ambiente fotolitografico. In modo da poter testare sperimentalmente le proprietà appena descritte sono stati depositati alcuni campioni costituiti da questi disegni innovativi (aperiodici) e ricoperti da tre diversi rivestimenti protettivi quali Ru/Mo, Pt/Mo e a-Si//Mo, per poter comparare il reale miglioramento ottenuto sono state depositate anche tre strutture periodiche ricoperte dai medesimi rivestimenti protettivi. Le deposizioni sono state fatte tramite un sistema magnetron sputtering nell'azienda RXOLLC (N.Y. USA) e successivamente i campioni sono stati caratterizzati alla linea BEAR del sincrotrone ELETTRA. I risultati ottenuti hanno confermato le predizioni, infatti, nel caso delle strutture ricoperte dal rivestimento Ru/Mo le strutture aperiodiche hanno una riflettività più alta e, grazie ad un confronto tra i diversi picchi di riflettività in funzione dei diversi ricoprimenti utilizzati, una sostanziale insensibilità al cambio delle proprietà ottiche del ricoprimento. Inoltre, un'approfondita analisi dei dati ottenuti dalla fotoemissione degli elettroni secondari ha confermato un sostanziale riduzione del numeri di fotoelettroni emessi da parte delle strutture aperiodiche. Ottiche multistrato per astronomia nell'EUV Negli ultimi anni telescopi basati su ottiche multistrato ad incidenza normale sono stati impiegati su molte missioni spaziali dedicate all'osservazione del sole nella regione spettrale dell'estremo ultravioletto, come in particolare Fe-IX (17.1 nm), Fe-XII (19.5 nm), Fe-XV (28.4 nm) e He-II (30.4 nm). Esempi di missioni con esito positivo sono SOHO e TRACE. Le prestazioni delle ottiche multistrato in questo campo di applicazione sono principalmente valutate in termini di picco di riflettività per la lunghezza d'onda di una predeterminata riga di emissione e capacità di reiezione delle altre righe. La coppia di materiali generalmente utilizzata per costituire le ottiche multistrato per osservazioni nell'EUV è Molibdeno/Silicio. Tale tipo di coppia di materiali è una soluzione ben studiata per applicazioni nella fotolitografia, e grazie a ciò in questi ultimi anni è stato sviluppato un notevole background sulla deposizione di ottiche Mo/Si, inoltre, una volta depositata tale coppia di materiali ha un'elevata stabilità e resistenza ai carichi termici. Purtroppo, strutture multistrato periodiche costituite da Mo/Si, ottimizzate ad esempio per osservare la riga del ferro Fe-XV (28.4 nm), hanno un picco di riflettività relativamente basso rispetto alle altre coppie di materiali utilizzate in questa regione spettrale, inoltre hanno un riflettività a larga banda che può quindi influenzare la diagnostica della riga FeXV a causa del non trascurabile rumore della riga HE II. Sono state studiate diverse soluzioni a questa problematica, ad esempio è stato proposto un disegno aperiodico delle ottiche multistrato oppure l'utilizzo di altre coppie di materiali quali Mg/SiC, B4C/Si/Mo oppure B4C/Si. Purtroppo tali soluzioni non hanno ancora prodotto dei miglioramenti convincenti, inoltre per le coppie di materiali diverse da Mo/Si mancano test e prove di stabilità adeguatamente approfonditi. Generalmente le ottiche multistrato per missioni spaziali sono protette da dei ricoprimenti costituiti da materiali differenti rispetto quelli utilizzati per l'ottica. Tali ricoprimenti sono in grado di migliorarne le proprietà ottiche e meccaniche, come ad esempio una maggiore resistenza ai rigidi ambienti spaziali oppure una determinata riflettività nell'UV o nel visibile. In questo lavoro di tesi è stato sviluppato un innovativo metodo matematico per il disegno di ricoprimenti per le ottiche multistrato che, oltre a conferire i miglioramenti ottici e meccanici discussi precedentemente, non influenzano il picco di riflettività della struttura multistrato sottostante ma ne migliorano la reiezione alle altre lunghezze d'onda. La soluzione proposta perciò, oltre a conferire un miglioramento della reiezione di parecchi ordini di grandezza, ha anche un notevole grado di adattabilità. In questa tesi verrà prima presentato il metodo di disegno dei ricoprimenti discutendone in maniera approfondita tutti gli aspetti teorici. Verranno quindi presentati dei risultati di simulazioni toriche di risposta ottiche multistrato alle quali sono stati integrati questi ricoprimenti, comparandone quindi le prestazioni con le ottiche utilizzate attualmente. Infine verranno presentati i risultati sperimentali e le relative metodologie di analisi, sviluppate in fase di realizzazione e caratterizzazione di tali ottiche, in grado di aiutare a comprendere e correggere gli eventuali errori di deposizione critici che si possono avere. Il risultato finale sono le misure di tali ricoprimenti fatte al sincrotrone ALS (Berkley). Ottiche multistrato per astronomia nei raggi x I telescopi per osservazioni nei raggi x utilizzano in genere le configurazioni ideate da Wolter da cui prendono anche la denominazione. In passato gli specchi erano ricoperti da un singolo strato e sfruttavano il fenomeno della riflessione totale. Questo approccio però diventa molto critico nel caso in cui il "range" energetico di osservazione supera i 10 KeV, infatti ad energie così elevate la riflessione totale avviene per angoli di incidenza radente molto piccoli. In conseguenza di ciò tolleranze meccaniche molto restringenti sono richieste in fase di allineamento e nel montaggio ottico. Molto recentemente la scoperta e sviluppo di ottiche multistrato ha rivoluzionato la "roadmap" dello sviluppo tecnologico di telescopi per i raggi x. Lo sviluppo di ottiche multistrato sempre più performanti in questa regione spettrale è perciò diventato un punto cruciale per l'astronomia nei raggi x. Differenti approcci sono stati usati per trovare strutture multistrato ottimali in termini di riflettività a larga banda. A tale scopo sono stati utilizzati algoritmi di ottimizzazione globali quali gli algoritmi genetici, o algoritmi di "simulated annealing", capaci di cercare soluzioni ottimali in un dominio molto ampio. Alcuni strumenti matematici sono stati inoltre sviluppati per aiutare gli algoritmi di ottimizzazione a convergere verso soluzioni ottimali come ad esempio la distribuzione "powerlaw". Recentemente un notevole passo avanti è stato fatto con la costruzione di un formalismo matematico capace di fornire disegni di ottiche multistrato con una riflettività molto piatta. In questa tesi di dottorato verranno presentati i risultati preliminari dell'ottimizzazione di strutture multistrato a larga banda. Ottiche multistrato per la riflessione di impulsi ultrabrevi agli attosecondi Un'applicazione interessante per l'ottimizzazione di strutture multistrato aperiodiche è lo studio di multilayer per la riflessione di impulsi ultrabrevi. La generazione e la manipolazione di impulsi ultrabrevi di durata inferiore al femtosecondo dà la possibilità di indagare fenomeni che a causa della loro brevissima durata temporale risultavano fino ad oggi inaccessibili. Secondo il modello teorico di Bhor per esempio, l'elettrone dell'atomo di idrogeno compie una rotazione intorno al nucleo in circa 150 attosecondi; quindi per osservare e controllare gli elettroni in movimento bisogna utilizzare impulsi di luce della durata di alcuni attosecondi. Gli impulsi ultrabrevi possono essere generati selezionando porzioni spettrali di armoniche di ordine elevato generate dall'interazione tra un gas nobile ed un impulso ultrabreve ed ultra intenso. Lo spettro delle armoniche di ordine elevato è caratterizzato da degli "spikes" di intensità in corrispondenza delle armoniche della fondamentale di ordine dispari e può coprire la regione spettrale che va dall'infrarosso all'XUV. Due importanti regioni caratterizzano lo spettro delle armoniche d'alto ordine e sono quella del plateau (si tratta della regione spettrale che va dalla quarta armonica fino generalmente all'XUV ed ha uno spettro piatto) e quella del "cut-off2 (è la caduta esponenziale che si ha dopo la regione del plateau). Il confine tra la regione del plateau e quella del "cut-off" dipende dall'intensità dell'impulso ultrabreve che interagisce col gas, sostanzialmente più intenso è l'impulso e più il confine si sposta verso la regione x. Nella regione spettrale dell'XUV i rivestimenti multistrato sono l'unica ottica in grado di garantire livelli di efficienza adeguati per la riflessione ad incidenza normale, tali ottiche sono perciò guardate con estremo interesse dalla comunità scientifica dell'attofisica. Oltre a garantire adeguati livelli di efficienza le ottiche per impulsi ultrabrevi devono riuscire a controllare e possibilmente correggere la forma dell'impulso in modo da ottenere uno spettro gaussiano ed una fase lineare; essa è infatti la combinazione che a parità di banda spettrale dà un impulso di durata temporale minore. Le strutture multilayer periodiche sono caratterizzate da una banda di alcuni eV a circa 100 eV. Ciò significa che nel caso di impulsi di circa 100 attosecondi il corrispondente largo "range" spettrale (circa 30 eV) non può essere preservato dopo la riflessione allargando perciò la durata temporale dell'impulso, da qui la ricerca di strutture aperiodiche con riflettività a larga banda. Oltre ad una larga banda spettrale gli impulsi ultrabrevi sono caratterizzati da un andamento della fase in funzione della frequenza che può essere lineare oppure quadratico positivo ("chirped"). Questi due diversi andamenti di fase dipendono dalla regione dello spettro in cui si trova la porzione di armoniche selezionate, infatti nel caso in cui la porzione sia nella regione del "cut-off" la fase è lineare nel caso invece sia nella regione del plateau la fase è "chirped". La ricerca di multilayer per la riflessione di impulsi ultrabrevi è perciò la ricerca di strutture caratterizzate da una riflettività a larga banda possibilmente in grado di ridistribuire e sfasare le componenti spettrali incidenti in modo da riflettere uno spettro di forma gaussiana. Utilizzando l'algoritmo sviluppato in questo lavoro di tesi sono state ottimizzate ottiche multistrato per la riflessione di impulsi ultrabrevi, più specificatamente sono state ottimizzate strutture in grado di compensare un fase "chirped" ed in grado di ridisegnare uno spettro rettangolare in forma gaussiana. Le strutture ottenute sono state poi testate aggiungendo degli errori casuali dell'ordine di 2 Å agli strati e non sono state riscontrate rilevanti criticità assicurando perciò una fattibilità sperimentale delle strutture. Verrà inoltre presentato in questa tesi un'innovativa metodologia di caratterizzazione sperimentale, sviluppata nell'ambito di questo lavoro di tesi, che permetterà una ricostruzione molto precisa della fase delle ottiche multistrato partendo dal segnale degli elettroni fotoemessi.

The acoustic insulation of elements and materials for building construction is becoming more and more important in Italy due to the recent evolutions in the Italian national regulation. This work concerns the experimental studies on sound insulation and reduction of floors and walls, principally using materials made of recycled rubber and synthetic fibrous panels. In particular, impact noise of floors was investigated, taking also into account the mechanical properties of tested materials. The tests were carried out in a new laboratory, built especially for the evaluation of acoustic properties of building elements. The laboratory has an opening, for testing the transmission loss of walls, and two floors: one is a reference concrete slab and the other is a beam and clay block floor with flanking transmission suppression. The steps of the laboratory construction and the procedure adopted for the qualication of sound fields in the rooms are described in this work. The qualication was carried out for transmission loss and impact noise measurements, with some limitations for the airborne sound insulation of floors. The impact noise of floors was studied considering different issues. The two bare floors acoustic behaviour has been analyzed, pointing out the different sound emission, that is due to the technical characteristics of the building elements. The correlation between impact noise reduction and dynamic stiffness of materials used in floating floors has been studied, in particular as regarding the influence of sample preparation and the choice of the predictive formulas. For some materials, repeated measurements have been carried out, to analyze the influence of the screed aging during impact noise reduction laboratory tests, with the aim of reducing the test waiting time. Impact noise reduction of resilient underfloor heating systems has been investigated: the products have been tested on both laboratory floors to check the influence of the base structure and the evaluation methods; different floor finishings have also been tested. Furthermore, airborne sound reduction of walls was studied to improve the knowledge of the influence of recycled materials (in particular rubber and synthetic fibrous panels) on the acoustic performance of gypsum and covered brick walls. For some of the samples, the influence of electric equipments was also studied.
La conoscenza delle proprietà di isolamento acustico degli elementi edilizi e dei materiali sta assumendo rilevanza sempre maggiore, a causa dei cambiamenti legislativi e normativi degli ultimi anni in materia di requisiti acustici passivi degli edici in Italia. Il presente lavoro raccoglie le attività sperimentali e gli studi effettuati sull'isolamento dei rumori di calpestio e del rumore aereo condotti su solai e pareti mediante l'utilizzo di specifici materiali, in gran parte provenienti dal riciclo di gomme e fibre sintetiche. In particolare sono state approfondite le problematiche relative al rumore di calpestio di solai, anche in relazione alle caratteristiche meccaniche dei materiali utilizzati. La sperimentazione è stata condotta in un laboratorio privato di nuova costruzione, dotato di una cornice di prova per la misura del potere fonoisolante di pareti e di due solai non rimovibili in calcestruzzo ed in latero-cemento con soppressione delle trasmissioni laterali. Vengono descritte le diverse fasi della costruzione del laboratorio e la procedura adottata per la messa a punto, mediante lo studio e l'applicazione dei metodi normati di qualificazione dei campi sonori delle camere di prova. Gli ambienti del laboratorio sono stati qualificati per quanto riguarda le misure di potere fonoisolante di pareti e dell'isolamento di rumore di calpestio dei due solai; inoltre è stata affrontata la qualicazione per prove di isolamento del rumore aereo dei solai, con qualche limitazione. Lo studio dell'isolamento dei rumori di calpestio su solai è stato affrontato sviluppando diverse tematiche. Sono stati analizzati i comportamenti dei due solai nudi, mettendo in evidenza le differenze dell'emissione sonora in relazione alle caratteristiche costruttive dei due sistemi. È stata analizzata la correlazione tra riduzione di livello di pressione sonora di calpestio e rigidità dinamica dei materiali usati come sottofondo nei pavimenti galleggianti, mettendo in evidenza le criticità legate alla preparazione dei campioni ed alla scelta delle formule previsionali teoriche. Una parte dei dati disponibili sono stati utilizzati per studiare l'influenza della stagionatura del massetto gettato in laboratorio sulla determinazione degli indici di valutazione del livello di rumore di calpestio e di riduzione del rumore di calpestio, per vericare la possibilità di ridurre i tempi di esecuzione delle prove in laboratorio. Sono state studiate le proprietà di isolamento del rumore di calpestio per sistemi di riscaldamento a pavimento dotati di caratteristiche resilienti: i prodotti sono stati misurati sui due solai, per vericare l'influenza della struttura di base ed i metodi di valutazione. Nell'analisi è stata inclusa anche l'influenza della finitura superficiale dei pavimenti. Lo studio sull'isolamento del rumore aereo di pareti è stato affrontato con l'obiettivo di indagare le prestazioni dei materiali in gomma e fibre sintetiche provenienti da riciclo applicati a pareti leggere in cartongesso ed a pareti in muratura rifoderate. Per alcune soluzioni è stata vericata l'influenza di particolari condizioni di posa in opera, ad esempio la presenta di reti impiantistiche.

L’attività di ricerca svolta ha riguardato lo studio e la misura in opera della propagazione di rumore aereo e vibrazionale attraverso componenti edilizi e giunti strutturali. Il parametro che descrive l’attenuazione della potenza vibratoria attraverso un giunto tra elementi strutturali è l’indice di riduzione delle vibrazioni, indicato con Kij. Tale parametro è rappresentativo della capacità smorzante di un giunto sottoposto a vibrazione e quindi permette di quantificare i contributi dati delle vie di propagazione laterali nella trasmissione di energia sonora da un ambiente emittente ad uno ricevente non disconnesso. La conoscenza di tale parametro è richiesta dai modelli di calcolo previsionali dettagliati standardizzati nelle normative UNI. Da uno studio normativo si è notata un’incertezza sulla possibilità di misurare le propagazioni strutturali per giunti che non siano in condizioni standardizzate di laboratorio. In particolare la norma UNI EN 12354-1 definisce “probabilmente utilizzabili” in opera le metodologie standardizzate di laboratorio. Lo scopo principale della ricerca è stato quindi quello di valutare se, anche in condizioni non controllate come in un reale cantiere, possono essere utilizzate le metodologie di laboratorio proposte per la misura della trasmissione del rumore per via strutturale al fine di valutare la corrispondenza tra modelli teorici previsionali e valori sperimentali. Il parametro Kij in un giunto dipende dalla differenza dei livelli vibrazionali di un elemento eccitato e di quello connesso, che va standardizzata in base a grandezze geometriche ed al modo di vibrare dei due elementi (attraverso il parametro tempo di riverberazione strutturale). Si è scelto di creare un database dei parametri di interesse da utilizzare per prove sperimentali future in quanto non presenti in bibliografia tecnica. Dalle prove effettuate è risultato che la trasmissione strutturale vibrazionale di un giunto varia in funzione delle caratteristiche geometriche e strutturali delle costruzioni tra loro connesse ed è inversamente proporzionale al rapporto delle masse. Tale comportamento, comunque considerato nei modelli di calcolo previsionali dettagliati e semplificati, è stato quindi studiato nel dettaglio. Le campagne di misura effettuate dimostrano comunque che i risultati ottenibili da prove in opera dipendono fortemente dalle posizioni di acquisizione e di eccitazione degli elementi e dalle condizioni di realizzazioni delle strutture testate (compresi i rivestimenti). Durante la ricerca si è inoltre misurato il parametro L’n,w (livello di rumore di calpestio di solai normalizzato) attraverso misure vibrazionali. Si sono svolte campagne di misura su diverse tipologie costruttive misurando il parametro L’n,w sia attraverso prove convenzionali con fonometro, sia attraverso misure accelerometriche. Dal confronto effettuato si è notata l’ottima corrispondenza dei valori misurati con le due diverse metodologie, ottenendo un’incertezza accettabile (comunque inferiore ai 3 dB). Tale parte della ricerca dimostra che, per diverse tipologie costruttive, è possibile misurare il parametro L’n,w anche da prove esclusivamente vibrazionali. Ciò permette di effettuare controlli e verifiche sulla prestazione acustica del solaio anche in corso d’opera, senza aspettare che l’ambiente ricevente sia completo e provvisto di porte, finestre. Dai risultati sperimentali ottenuti nelle varie parti della ricerca si è notato che i contributi degli elementi laterali assumono valori non trascurabili per le diverse tipologie costruttive (in particolar modo quando l’elemento “sorgente” è molto massivo rispetto a quelli laterali). Si evince inoltre una buona rispondenza dei valori misurati in opera con quelli calcolati in base ai modelli previsionali normativi. Concludendo si può affermare che per applicazioni comuni e non di ricerca vanno preferiti modelli di calcolo semplificati, rivelatisi sufficientemente affidabili e più facilmente utilizzabili rispetto a modelli dettagliati. Quest’ultimi richiedono dati di input difficilmente trovabili in bibliografia tecnica o addirittura ottenibili da sole prove di laboratorio e non sempre hanno dato risultati più corretti.
The research work has focused on the study and measure of propagation of noise, by air and by vibrations, through building components and structural joints. The parameter that defines the attenuation of vibrational power of a joint, between structural components, is the vibration reduction index, denoted Kij. This parameter describes the ability of joint to reduce the vibrations and so with its we can quantify the contributions of side propagation streets in the trasmission of sound power from an broadcasting environment to a receiving station, which is not disconnected. The knowledge of this parameter is required by calculation models forecast, that are in accordance with UNI. There isn't a standard to measure the structural propagation in the joints in different conditions than those of laboratories. The UNI EN 12354-1 defines “probably usable” on site the methods standardized of laboratories. The research object is to understand if it is possible to use the laboratories methods of measurement of noise transmission through structural components even in a real uncontrolled construction site; so it's possible to analyse the correspondence between theoretical forecast models and experimental values. The parameter Kij of a joint depends on the difference of vibrational levels between a excited element and his connected element. The difference must be standardized on the basis of geometric characteristics and vibrational mode of two elements (through the parameter structural reverberation time). It was created a database of interesting parameters so that it's possible to use them in sperimental future tests, because there isn't it in the tecnical library. The laboratory tests prove that the structural vibrational transmission of a joint depends on geometric and structural characteristics of building connected elements and, besides, it is in inverse proportion to masses ratio. This behavior, analysed in the calculation models forecast detailed and simplified, was studyed then in detail. The measurements prove that the results of tests on site depend heavily on acquisition positions, elements excitations and conditions of construction of tested structures (included coating). During the research it was measured even the parameter L’n,w (normalized level of noise of stamping of floors) through vibrational measuremets. L'n,w was measured on various building types both trough conventional tests with sound level meter and through accelorometer measures. Comparing the results of both of them there is an excellent correspondence between measured values with the two different methods and the uncertainty is accetable (it's less then 3 dB). This part of research shows that, for different building types, is possible to measure the parameter L’n,w even through solely vibrational tests. This allows to do checks and inspections of acoustic performance of floor during construction, without waitng that the receiving enviroment is complete and includes doors, windows. The sperimentals results obtained in various parts of research show that the contributions of side elements take values non-negligible in the differnt building types (especially when the element "source" is very massive compared to the side). There is also a good correspondence between values measured on site with those calculated according to forecast normalized models. In conclusion we can say that for common applications, and for research apllications, the simple calculation models are preferred, beacause they are sufficiently reliable and more usable than the detailed models. These need input data difficult to find in technical libraries or even input data obtanaible with laboratory tests, that are not always correct.

Il progetto di dottorato che verrà presentato in questa tesi è focalizzato sullo sviluppo di un metodo sperimentale per la produzione di protesi personalizzate utilizzando il processo di fabbricazione additiva di Selective Laser Melting (SLM). L’obiettivo è quello di definire una condizione di processo ottimizzata per applicazioni in ambito chirurgico che possa essere generalizzabile, ovvero che ne garantisca la riproducibilità al variare dell’anatomia del paziente e che rappresenti la base per estendere il metodo ad altre componenti protesiche. Il lavoro si è sviluppato lungo due linee principali, la cui convergenza ha permesso di realizzare prototipi di protesi complete utilizzando un solo processo: da una parte la produzione di componenti a massima densità per il raggiungimento di elevate resistenze meccaniche, buona resistenza ad usura e corrosione e controllo di tensioni residue e deformazione delle parti stampate. Dall’altra si sono studiate strutture reticolari a geometria e porosità controllata per favorire l’osteointegrazione della componente protesica post impianto. In questo studio sono stati messe a confronto le possibili combinazioni tra parametri di processo e sono state individuate le correlazioni con le proprietà finali dei componenti stampati. Partendo da queste relazioni si sono sviluppate le strategie tecnologiche per la progettazione e la produzione dei componenti. I test sperimentali svolti e i risultati ottenuti hanno dimostrato la fattibilità dell’utilizzo del processo SLM per la produzione di protesi personalizzate e sono stati fabbricati i primi prototipi funzionali. La fabbricazione di protesi personalizzate richiede, però, anche la progettazione e la produzione di strumentario chirurgico ad hoc. Per questo motivo, parallelamente allo studio della lega di Cromo Cobalto, sono stati eseguiti i test anche su campioni in INOX 316L. Anche in questo caso è stato possibile individuare una finestra operativa di processo che garantisse proprietà meccaniche comparabili, e in alcuni casi superiori, a quelle ottenute con processi convenzionali.
This dissertation presents the development of an experimental method for the production of personalised prostheses by additive manufacturing; specifically, Selective Laser Melting (SLM). The aim of this thesis is to optimise the process for surgical applications, ensuring the reproducibility of prosthesis characteristics independently of variations in patient anatomy. The work follows two main lines of study, whose convergence has allowed the production of prostheses using a single process. Firstly, the production of maximum density components with high mechanical strength and good wear and corrosion resistance was carried out. Subsequently, lattice structures with controlled porosity were studied to promote the osseointegration of implants. Relationships between the process parameters and final properties of SLM components were identified. Based on these results, a new manufacturing strategy was developed for prosthesis production. The performed experiments and obtained results demonstrated feasibility of the SLM process for production of personalised prostheses. Following this outcome, the first functional prototypes were produced. The manufacturing of patient-specific prostheses also requires the design and production of personalised surgical instruments. Experimental tests on AISI 316L components were therefore carried out. It was also possible in this case to identify a process window that guarantees comparable mechanical properties with conventional processes.

2006/2007
Il problema della scelta modale è solitamente affrontato con metodologie di scelta discreta, metodologie distinte nelle tre categorie dei modelli parametrici, dei modelli semiparametrici e non parametrici. Gli approcci di tipo parametrico, in particolare i modelli di scelta discreta di tipo Logit vanno a stabilire una forte relazione, rappresentata dai coefficienti di calibrazione, tra attributi e scelta. Una grossa limitazione all’applicazione di questa tipologia di modelli è il loro utilizzo con scarsa disponibilità di dati e soprattutto affidabilità dei dati relativi alla domanda portando allo sviluppo di una serie di metodologie alternative non più di derivazione statistica. A fianco e in parallelo ai modelli di tipo parametrico esistono tecniche modellistiche completamente diverse, cioè quelle di tipo non parametrico, che forniscono solitamente risultati migliori rispetto ai modelli parametrici. Si hanno una serie di vantaggi dall’utilizzo di questi metodi, ovvero una capacità di rappresentazione dei dati rilevati migliore rispetto ai modelli parametrici e la possibilità di utilizzare dati affetti da “disturbi” di vario genere o comunque meno affidabili, ma con la grossa limitazione di non essere statisticamente validi, e spesso non si ha la possibilità di indagare su come il modello fornisca i risultati, specialmente in fase previsionale. Nel campo della scelta modale, è lecito quindi chiedersi quale sia la procedura migliore da utilizzare: premesso che un modello teorico perfetto non esiste, rimane aperta la questione relativa alla preferibilità nel seguire un approccio classico di tipo statistico o uno non statistico. Attualmente la ricerca, in particolare nel campo della ricerca operativa, sta riscoprendo molte metodologie di data mining, è questo il caso, fra gli altri, della metodologia oggetto di questa tesi, la “Teoria dei Rough-set”, nata come strumento matematico per lo studio e l’analisi di oggetti o azioni, descritti da attributi incerti, inconsistenti o ambigui. Tali azioni possono essere considerate come scelte di un decisore o più decisori a fronte di diverse situazioni cui si chiede di dare risposta. Su questo concetto di base sono state sviluppate nel corso degli anni due diverse accezioni del metodo: la prima, si basa sul concetto di indiscernibilità, ovverosia due oggetti con la stessa descrizione, in termini di attributi, sono indistinguibili per quanto riguarda l’informazione fornita, mentre la seconda accezione del metodo, è quella che sfrutta la cosiddetta relazione di dominanza, per superare un limite del metodo classico, ovvero l’impossibilità di stabilire una relazione d’ordine fra attributo e oggetto. Il risultato finale è un complesso di regole, espresso in forma di semplice costrutto logico “if…then…”, in funzione degli attributi. Questo aspetto in particolare rende il metodo assolutamente diverso da tutti gli altri: a differenza di quanto succede con i modelli precedentemente richiamati, la teoria dei Rough-set permette di collegare direttamente la scelta agli attributi che la determinano, nonché, effettuando un’ulteriore approfondita analisi delle regole, gli oggetti che supportano la scelta, e che quindi la giustificano. Il tutto diventa quindi perfettamente trasparente, a differenza di quanto accade con le altre metodologie parametriche e non. Prendendo atto dei pregi e difetti delle metodologie esistenti, la teoria dei Rough-set può essere utilizzata come approccio alternativo ai modelli di scelta discreta fino ad ora utilizzati, ed in particolare nel ramo prettamente trasportistico della scelta modale. La tesi come obiettivo principale si pone l’analisi della scelta del modo di trasporto con l’utilizzo di questa metodologia, finalizzata alla valutazione della loro applicabilità e della capacità previsiva di un modello di scelta modale realizzato sulla base di tale approccio. L’obiettivo del lavoro può essere riassunto come la verifica dell’applicabilità della nuova metodologia al problema della scelta modale, la realizzazione a tale scopo di una procedura per l’applicazione della metodologia stessa a un caso reale per studiarne i risultati e le capacità previsive, e il confronto con delle metodologie classiche applicate a questo tipo di problemi, in modo da valutarne i punti di forza e le debolezze. La nuova metodologia, ed allo stesso tempo i modelli sviluppati, non vanno considerati come una teoria che vada a sostituire le esistenti, quanto una procedura che può, a fianco e in alternativa alle altre, fornire ulteriori indicazioni o informazioni su quanto studiato.
XX Ciclo
1978

This thesis aims at developing new methodologies for the reliability analysis of structural systems with applications to offshore and aeronautical fields. In general, sructures of practical interest are complex redundant systems, in which more than one element is required to fail in order to have catastrophic failure. Moreover, ramdomness inherently exists in both material properties and external loads. As a result, complex structural systems are typically characterised by a huge number of possible failure sequences, of which only some are most likely to occour. Therefore, for an efficient risk analysis, only the dominant failure modes need to be considered, so as to minimise the number of failure paths as well as the computational costs associated to their enumeration and evaluation. However, although several techniques have been developed for the identification of the critical failure sequences, these methods are still either time-demanding or prone to miss potential failure modes. These challenges motivated the first part of the thesis, in which the merits of a risk assessment framework recently developed for truss and frame structures are here investigated in view of its extensive application to the offshore field. To this end, the case study of a jacket-type platform under an extreme sea state is considered. First, the dominant failure modes of the structure are rapidly identified by a multi-point parallel search employing a genetic algorithm. Then, a multi-scale system reliability analysis is performed, in which the statistical dependence among both structural elements and failure modes is fully considered through simple matrix operations. Finally, the accuracy and the efficiency of the proposed approach are successfully validated against crude Monte Carlo simulation. In the second part of the thesis, system reliability theory is applied to the uncertainty quantification of the longitudinal tensile strength of UniDirectional (UD) composites, a structural component very common in aircraft structures. Predictive models for size effects in this class of materials are paramount for scaling small-coupon experimental results to the design of large composite structures. In this respect, a Monte Carlo progressive failure analysis is proposed to calculate the strength distributions of hierarchical fibre bundles, which are formed by grouping a predefined number of smaller-order bundles into a larger-order one. The present approach is firstly validated against a recent analytical model to be later applied to more complex load-sharing configurations. The resulting distributions are finally used to analyse the damage accumulation process and the formation of clusters of broken fibres during progressive failure.
Lo scopo principale di questa tesi è lo sviluppo di nuove metodologie per determinare l’affidabilità dei sistemi strutturali con applicazioni sia in campo offshore che aeronautico. In generale, strutture di interesse pratico sono caratterizzate da un elevato grado di ridondanza, per cui il collasso globale richiede la rottura simulatanea e/o progressiva di più elementi. Inoltre, i sistemi fisici sono influenzati da diverse fonti di incertezza, quali le prorietà dei materiali e le condizioni ambientali e operative. Pertanto, il collasso strutturale può avvenire con diverse modalità (modi di guasto), di cui solo alcune possiedono una probabilità di accadimento significativa (modi di guasto dominanti). Per una valutazione efficiente del rischio risulta dunque indispensabile limitare l’analisi ai soli modi dominanti, così da ridurre il costo computazionale associato alle fasi di identificazione e di valutazione dei modi stessi. Tuttavia, nonostante in letteratura vi siano numerose soluzioni per l’analisi del rischio, tali metodi richiedono ancora tempi di calcolo notevoli e sono inclini a tralasciare potenziali modi di guasto. Queste motivazioni conducono alla prima parte delle tesi, in cui si ripropone un metodo recentemente sviluppato per l’analisi del rischio di strutture discrete (reticolari e telai) in previsione di una sua applicazione al campo offshore. A tale scopo si considera il caso di studio di una piattaforma di tipo jacket in condizioni di mare estremo. Dapprima, i modi di guasto dominanti vengono rapidamente identificati per mezzo di un algoritmo genetico. In seguito, l’affidabilità del sistema viene calcolata mediante un approccio multi-scala che fa uso di semplici operazioni matriciali, in cui la dipendenza statistica viene considerata sia tra le componenti strutturali che tra i modi di guasto dominanti. Infine, l’accuratezza e l’efficienza del metodo vengono testate con successo tramite comparazione con Monte Carlo. Nella seconda parte della tesi, la teoria dell’affidabilità dei sistemi viene applicata per la quantificazione dell’incertezza nella resistenza a trazione di compositi UniDirezionali (UD), problema di notevole interesse per l’ambito aeronautico e non solo. Infatti, il comportamento aletorio di questi materiali è fortemente influenzato da effetti di scala, che limitano la progettazione di strutture in composito di grandi dimensioni sulla base dei dati sperimentali ricavati da provini. In quest’ottica, si propone di modellare fasci di fibre secondo una legge di scala gerarchica, ossia raggruppando un numero prestabilito di fasci più piccoli in un fascio di ordine superiore. La distribuzione di resistenza di tali fasci viene quindi simulata attraverso un’analisi di collasso progressivo. Questo approccio, dapprima validato rispetto ad un modello analitico recentemente sviluppato per disposizioni semplici di fasci, viene poi esteso a configurazioni più realistiche. I risultati così ottenuti sono infine processati per l’analisi statistica del danno.

Questo lavoro di tesi nasce da un progetto di ricerca promosso nel 2001 dal Prof. Leonardo Seccia (Seconda Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì, e C.I.R.A.M., Università di Bologna), dal Prof. Nicola Santopuoli (Facoltà di Architettura Valle Giulia, Sapienza Università di Roma), dal Prof. Ingo Muller e dal Dott. André Musolff (Technical University Berlin, Facultat III, Thermodynamics). Tale progetto ha avuto come obiettivo lo studio, la progettazione e la realizzazione di un dispositivo di ancoraggio in lega a memoria di forma per il restauro di affreschi e mosaici parietali, che presentino distacchi più o meno evidenti fra gli strati di intonaco di supporto, proponendosi come mezzo efficace per la salvaguardia strutturale di tali zone variamente ammalorate. In particolare, è stata programmata una serie di prove di laboratorio per caratterizzare in modo preciso il comportamento del materiale prescelto, al fine di realizzare un prototipo rispondente alle caratteristiche di progetto ed anche per implementare un modello numerico sufficientemente realistico. A questo proposito, è stato anche approfondito il problema della scelta del modello costitutivo più adeguato. Successivamente, i risultati ottenuti sono stati impiegati nella progettazione e realizzazione di nuovi dispositivi in lega a memoria di forma da impiegare nel campo dei beni culturali, fra cui sistemi reversibili per il ricongiungimento di parti fratturate e sistemi di movimentazione intelligenti sia per lastre di protezione di superfici affrescate, sia per finestre da inserire in contesti museali per il controllo del microclima.

Questo lavoro di tesi nasce da un progetto di ricerca promosso nel 2001 dal Prof. Leonardo Seccia (Seconda Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì, e C.I.R.A.M., Università di Bologna), dal Prof. Nicola Santopuoli (Facoltà di Architettura Valle Giulia, Sapienza Università di Roma), dal Prof. Ingo Muller e dal Dott. André Musolff (Technical University Berlin, Facultat III, Thermodynamics). Tale progetto ha avuto come obiettivo lo studio, la progettazione e la realizzazione di un dispositivo di ancoraggio in lega a memoria di forma per il restauro di affreschi e mosaici parietali, che presentino distacchi più o meno evidenti fra gli strati di intonaco di supporto, proponendosi come mezzo efficace per la salvaguardia strutturale di tali zone variamente ammalorate. In particolare, è stata programmata una serie di prove di laboratorio per caratterizzare in modo preciso il comportamento del materiale prescelto, al fine di realizzare un prototipo rispondente alle caratteristiche di progetto ed anche per implementare un modello numerico sufficientemente realistico. A questo proposito, è stato anche approfondito il problema della scelta del modello costitutivo più adeguato. Successivamente, i risultati ottenuti sono stati impiegati nella progettazione e realizzazione di nuovi dispositivi in lega a memoria di forma da impiegare nel campo dei beni culturali, fra cui sistemi reversibili per il ricongiungimento di parti fratturate e sistemi di movimentazione intelligenti sia per lastre di protezione di superfici affrescate, sia per finestre da inserire in contesti museali per il controllo del microclima.

In un’ era in cui la sostenibilità è uno dei principali obiettivi a livello mondiale, la necessità di coniugarla con il settore turistico in un ottica di sviluppo del turismo sostenibile, è diventata di primaria importanza. Analizzate le comunicazioni dell’ Unione Europea a riguardo e le azioni adottate in campo di politica ambientale, viene proposta nella trattazione, l’applicazione degli strumenti volontari, quali i marchi di qualità ecologica, alle piccole strutture ricettive. Dopo un quadro generale sulla ricettività complementare italiana e del Friuli Venezia Giulia, e sullo sviluppo della tipologia ricettiva del Bed and Breakfast, viene successivamente esposta l’evoluzione della politica ambientale europea applicata al settore turistico. Concludendo viene presa in considerazione la realtà dei Bed and Breakfast friulani, analizzando, con un indagine, il grado di coinvolgimento, informazione e interesse da parte dei gestori nei confronti delle tematiche ambientali e specificatamente dei marchi di qualità ecologica e la loro disponibilità ad adottarli nelle proprie strutture. L’indagine mostra una completa disinformazione e disinteresse nei confronti della tematica, risultato che, in un ottica bottom-up dell’applicazione delle politiche ambientali nel settore turistico, deve cercare di essere invertito con azioni mirate che pongano l’ambiente e la comunità locale al centro delle azioni di sostenibilità nelle destinazioni turistiche.

2006/2007
Coupled biological and chemical systems, neural networks, social interacting species, the Internet and the World Wide Web are only a few examples of Small World and Scale-free complex networks, i.e. systems composed by a large number of highly interconnected dynamical units. During the last ten years these kinds of systems have been the subject of many studies related to comprehend their common structural properties and their dynamics. Small World and Scale-free networks are supposed to be very stable and robust structures in case of failures or deliberate attacks on the system. Moreover, due to their well-known properties, they allow to model several real networks in order to find the key elements for a complete and efficient communication activity between nodes. This thesis introduced a new mathematical tool developed by the author called Time=net.work. The latter has got the purpose to extend the above mentioned complex networks theories to transportation systems under a new time-related point of view. Analysis have been taken firstly on Berlin Transportation Network and then to several other test cases. The relative results help in finding statistical properties about the connectivity and the structure of such system both topologically and considering the travel time and the frequency of the scheduled services. This is a new approach on robustness of transportation networks which allows to find which and how many nodes have to assurance their functionality in order to provide a desired Level of Service in case of failures or deliberate attacks.
I sistemi biologici e chimici, le interazioni ed i rapporti sociali, Internet e il World Wide Web sono soltanto alcuni esempi dei cosiddetti sistemi complessi Small World e Scale-free; essi sono particolari strutture di rete composte da un gran numero di unità interconnesse tra loro che scambiano informazioni dinamicamente ed evolvendosi nel tempo. Negli ultimi dieci anni questi particolari sistemi fisici sono stati oggetto di numerosi studi tesi a determinare le proprietà comuni a diversi tipi di rete e le loro dinamiche. Le reti Small World e Scale-free ad esempio, sono state analizzate per la loro stabilità e resistenza in caso di avarie o di attacchi mirati verso particolari elementi del sistema. Grazie alle loro proprietà tali sistemi consentono di modellizzare diversi tipi di reti reali al fine di determinare gli elementi chiave necessari a garantire la più completa efficienza nelle comunicazioni tra i nodi. Questa tesi presenta un nuovo strumento matematico sviluppato dall'autore denominato Time=net.work. Quest'ultimo ha l'obiettivo di estendere le teorie che contraddistinguono i sistemi complessi a reti di trasporto in funzione di caratteristiche temporali. Le analisi hanno riguardato la rete di trasporto pubblico di Berlino ed altri casi di studio. I relativi risultati consentono di ricavare numerose proprietà statistiche riguardo la connettività e le proprietà strutturali di tali sistemi, sia da un punto di vista topologico che da quello legato ai tempi di percorrenza ed alla frequenza dei servizi. Si tratta di un nuovo approccio alla resistenza delle reti di trasporto che permette di ricavare quali e quanti elementi della rete devono garantire il loro completo funzionamento al fine di provvedere un desiderato Livello di Servizio in caso di avarie o di attacchi deliberati al sistema.
XX Ciclo
1977

La ricerca ha per oggetto la messa a punto e applicazione di un approccio metaprogettuale finalizzato alla definizione di criteri di qualità architettonica e paesaggistica nella progettazione di aziende vitivinicole medio-piccole, che effettuano la trasformazione della materia prima, prevalentemente di propria produzione. L’analisi della filiera vitivinicola, della letteratura scientifica, della normativa di settore, di esempi di “architetture del vino eccellenti” hanno esplicitato come prevalentemente vengano indagate cantine industriali ed aspetti connessi con l'innovazione tecnologica delle attrezzature. Soluzioni costruttive e tecnologiche finalizzate alla qualità architettonica ed ambientale, attuali dinamiche riguardanti il turismo enogastronomico, nuove funzionalità aziendali, problematiche legate alla sostenibilità dell’intervento risultano ancora poco esplorate, specialmente con riferimento a piccole e medie aziende vitivinicole. Assunto a riferimento il territorio ed il sistema costruito del Nuovo Circondario Imolese (areale rappresentativo per vocazione ed espressione produttiva del comparto vitivinicolo emiliano-romagnolo) è stato identificato un campione di aziende con produzioni annue non superiori ai 5000 hl. Le analisi svolte sul campione hanno permesso di determinare: modalità di aggregazione funzionale degli spazi costruiti, relazioni esistenti con il paesaggio, aspetti distributivi e materico-costruttivi, dimensioni di massima dei locali funzionali alla produzione. Il caso studio relativo alla riqualificazione di un’azienda rappresentativa del comparto è stato utilizzato per la messa a punto e sperimentazione di criteri di progettazione guidati da valutazioni relative alle prestazioni energetiche, alla qualità architettonica e alla sostenibilità ambientale, economica e paesaggistica. L'analisi costi-benefici (pur non considerando le ricadute positive in termini di benessere degli occupanti ed il guadagno della collettività in termini di danni collegati all’inquinamento che vengono evitati in architetture progettate per garantire qualità ambientale interna ed efficienza energetica) ha esplicitato il ritorno in pochi anni dell’investimento proposto, nonostante gli ancora elevati costi di materiali di qualità e dei componenti per il corretto controllo climatico delle costruzioni.
The thesis develops and implements a meta-design approach aiming at defining building and landscape quality design criteria suitable for small and medium-sized wine-growing and producing farms. Through the analysis of wine production chain, scientific literature, sector codes and examples of “excellent wine architetures” it came out how a particular focus has been made on the design of buildings for industrial wineries and on aspects related to the innovation of their technological equipment and facilities. On the contrary, quite poor attention has been given to constructive and technological solutions finalized to architectural and environmental quality, to actual wine and food tourism dynamics, to some new farm features, to sustainability problems related to building construction and management, especially with reference to small and medium sized wine farms. The study has been developed with reference to the area of the New District of Imola as representative of the wine-growing and producing sector in the Emilia-Romagna region. The analyses allowed to identify a sample of wineries representative of the ones producing up to 5000 hl; functional structures aggregation modalities, distribution and materials solutions, landscape relationships, wine production functional spaces dimensions were defined. The requalification of a wine farm representative of the study area was used to define and implement integrated design criteria considering energy efficiency, architectural quality, environmental, economic and landscape sustainability. The project and cost-benefits analysis demonstrated that the initial investment would be amortized in few year despite the still high costs of materials and technological components finalized to quality architecture and buildings climate control. It came out that a traditional cost-benefits analysis cannot show the positive effects as for occupants comfort and community gains in terms of avoided pollution damages derived from to the choice of designing buildings that can guarantee environmental quality and energy efficiency.

La ricerca ha per oggetto la messa a punto e applicazione di un approccio metaprogettuale finalizzato alla definizione di criteri di qualità architettonica e paesaggistica nella progettazione di aziende vitivinicole medio-piccole, che effettuano la trasformazione della materia prima, prevalentemente di propria produzione. L’analisi della filiera vitivinicola, della letteratura scientifica, della normativa di settore, di esempi di “architetture del vino eccellenti” hanno esplicitato come prevalentemente vengano indagate cantine industriali ed aspetti connessi con l'innovazione tecnologica delle attrezzature. Soluzioni costruttive e tecnologiche finalizzate alla qualità architettonica ed ambientale, attuali dinamiche riguardanti il turismo enogastronomico, nuove funzionalità aziendali, problematiche legate alla sostenibilità dell’intervento risultano ancora poco esplorate, specialmente con riferimento a piccole e medie aziende vitivinicole. Assunto a riferimento il territorio ed il sistema costruito del Nuovo Circondario Imolese (areale rappresentativo per vocazione ed espressione produttiva del comparto vitivinicolo emiliano-romagnolo) è stato identificato un campione di aziende con produzioni annue non superiori ai 5000 hl. Le analisi svolte sul campione hanno permesso di determinare: modalità di aggregazione funzionale degli spazi costruiti, relazioni esistenti con il paesaggio, aspetti distributivi e materico-costruttivi, dimensioni di massima dei locali funzionali alla produzione. Il caso studio relativo alla riqualificazione di un’azienda rappresentativa del comparto è stato utilizzato per la messa a punto e sperimentazione di criteri di progettazione guidati da valutazioni relative alle prestazioni energetiche, alla qualità architettonica e alla sostenibilità ambientale, economica e paesaggistica. L'analisi costi-benefici (pur non considerando le ricadute positive in termini di benessere degli occupanti ed il guadagno della collettività in termini di danni collegati all’inquinamento che vengono evitati in architetture progettate per garantire qualità ambientale interna ed efficienza energetica) ha esplicitato il ritorno in pochi anni dell’investimento proposto, nonostante gli ancora elevati costi di materiali di qualità e dei componenti per il corretto controllo climatico delle costruzioni.
The thesis develops and implements a meta-design approach aiming at defining building and landscape quality design criteria suitable for small and medium-sized wine-growing and producing farms. Through the analysis of wine production chain, scientific literature, sector codes and examples of “excellent wine architetures” it came out how a particular focus has been made on the design of buildings for industrial wineries and on aspects related to the innovation of their technological equipment and facilities. On the contrary, quite poor attention has been given to constructive and technological solutions finalized to architectural and environmental quality, to actual wine and food tourism dynamics, to some new farm features, to sustainability problems related to building construction and management, especially with reference to small and medium sized wine farms. The study has been developed with reference to the area of the New District of Imola as representative of the wine-growing and producing sector in the Emilia-Romagna region. The analyses allowed to identify a sample of wineries representative of the ones producing up to 5000 hl; functional structures aggregation modalities, distribution and materials solutions, landscape relationships, wine production functional spaces dimensions were defined. The requalification of a wine farm representative of the study area was used to define and implement integrated design criteria considering energy efficiency, architectural quality, environmental, economic and landscape sustainability. The project and cost-benefits analysis demonstrated that the initial investment would be amortized in few year despite the still high costs of materials and technological components finalized to quality architecture and buildings climate control. It came out that a traditional cost-benefits analysis cannot show the positive effects as for occupants comfort and community gains in terms of avoided pollution damages derived from to the choice of designing buildings that can guarantee environmental quality and energy efficiency.

2006/2007
Nel corso del presente lavoro di tesi è stata presentata un’analisi delle problematiche inerenti alla schematizzazione dell’offerta di trasporto alla scala regionale, evidenziando i vantaggi derivanti da un utilizzo congiunto di modelli di simulazione e sistemi informativi. L’attività di ricerca è stata condotta nell’ambito di un accordo di collaborazione scientifica tra il Dipartimento di Costruzioni e trasporti dell’Università di Padova e la Provincia di Venezia, sul tema della progettazione ed implementazione di un sistema informativo a supporto della pianificazione e del monitoraggio del sistema dei trasporti delle persone, relativamente ad un ambito territoriale extraurbano quale quello provinciale. In particolare l’analisi ha interessato la componente relativa alla rappresentazione dell’offerta di trasporto, sia per quanto riguarda la schematizzazione topologica della rete di trasporto e la zonizzazione del territorio che per quanto concerne la valutazione prestazionale della rete mediante funzioni di costo. La realizzazione di tale sistema informativo secondo metodologie evolute proprie di ambiti disciplinari trasversali all’Ingegneria dei trasporti (sistemi informativi territoriali) è stata quindi avvalorata da un’analisi delle esigenze da considerare nel processo di schematizzazione ai fini dell’analisi trasportistica. Infatti partendo da una rete commerciale gerarchica (RC), che costituisce una fonte di dati disponibile e aggiornata periodicamente ed operando coerentemente con gli standard normativi attuali (TRANSMODEL e GDF), sono state individuate e materializzate le corrispondenze tra questa ed il grafo della rete viaria (GRV), sviluppando allo scopo specifiche procedure informatiche. Una volta realizzata la corrispondenza fra gli elementi del GRV e quelli della RC, si sono potute sfruttare in modo efficiente, ai fini dell’analisi trasportistica, le potenzialità di uno strumento quale il sistema di gestione della base di dati nella fornitura, organizzazione ed estrazione di informazioni dai dati. Non si è tralasciato inoltre di indagare e testare le possibilità di una gestione organica ed unitaria delle varie schematizzazioni ed elaborazioni relative ad uno stesso contesto territoriale (ad esempio grafo del trasporto privato e grafo del trasporto pubblico). L’analisi delle funzioni di prestazione da associare agli archi del grafo è partita da una ricognizione delle formulazioni presenti in letteratura (e dal confronto metodi e valori proposti dall’HCM). Tale analisi ha permesso di constatare come le formulazioni utilizzate provengano da approcci in buona parte empirico-induttivi, privi di una modellizzazione del fenomeno basata su di un procedimento rigorosamente deduttivo. Le ragioni di tale lacuna sono molteplici. Innanzitutto la teoria del deflusso non presenta, in generale, i livelli di accuratezza descrittiva riscontrabili in altri campi (fisica meccanica, termodinamica ecc.). Ciò è dovuto alla presenza di caratteristiche di eterogeneità ed aleatorietà difficilmente eliminabili, soprattutto nel caso di rappresentazioni aggregate. Soprattutto in contesti come quelli dell’Area Centrale Veneta, caratterizzata da un’urbanizzazione diffusa, la frammentarietà delle caratteristiche della viabilità secondaria rendono problematica la descrizione del fenomeno sulla base di poche grandezze, relativamente alle quali si possa ipotizzare di disporre informazioni per tutti gli elementi della rete. Infatti in una visione a livello macroscopico del deflusso veicolare tali caratteristiche di eterogeneità (interna alle grandezze utilizzate come variabili esplicative) si traducono in componenti significative di varianza non spiegata. D’altra parte l’assunzione di un tale punto di vista risulta necessaria nell’analisi del sistema di trasporto nel suo complesso, in particolar modo nel caso della modellizzazione a scala regionale. Inoltre si deve considerare che le funzioni di costo, oltre a rappresentare in maniera realistica le prestazioni dell’arco al variare del flusso, devono rispondere alle esigenze poste dal loro utilizzo negli algoritmi di assegnazione. Occorre poi tener presente che il livello di tolleranza, spesso piuttosto ampio, è legato a quello più generale accettato nel processo di determinazione dei flussi e dei percorsi scelti dagli utenti nella rete. Da un punto di vista pragmatico appare pertanto, in molti casi, sostanzialmente inutile oltre che gravoso e non sostenibile in termini di requisiti informativi spingere l’analisi verso modellizzazioni particolarmente raffinate ed articolate. Pertanto, nell’ambito del processo di modellizzazione, la mancanza di una caratterizzazione ed interpretazione, unitamente all’esigenza di una rappresentazione semplificata, aumenta l’importanza relativa delle fasi di calibrazione e attribuzione agli archi delle funzioni di costo. É stata quindi elaborata una metodologia di classificazione funzionale degli archi della rete sulla base delle informazioni provenienti dalla banca dati Multinet in modo da rendere maggiormente efficiente la fase di calibrazione delle funzioni di costo. Va osservato come la classificazione sia stata effettuata su un numero limitato di informazioni. L’integrazione con altre fonti dati (come il Catasto Stradale), nel caso del presente studio non disponibili, e/o un arricchimento del contenuto informativo nelle prossime versioni della banca dati potranno portare ad un notevole miglioramento dell’efficacia del metodo. Nell’ambito dello studio è stata effettuata la calibrazione di funzioni di costo, segnatamente del tipo “BPR”, per alcuni archi campione delle classi di archi definite. Allo scopo sono stati realizzati diversi rilievi sia su sezione che su tratta: la metodologia di rilievo su sezione, pur consentendo un facile approvvigionamento dei dati, pone il problema della rappresentatività del dato rilevato su sezione, allorquando lo si riferisca ad un intero arco della rete. Per ovviare a tali inconvenienti si è quindi proceduto alla realizzazione di rilievi su tratta; tuttavia tali rilievi hanno comportato diverse difficoltà operative ed interpretative. Pertanto, date le problematiche insite nei vari metodi, si ritiene auspicabile l’utilizzo di un approccio integrato, includendo il metodo del veicolo sonda, che, oggigiorno, si può avvalere delle possibilità offerte dalla tecnologia GPS. Sviluppi futuri della ricerca potranno consentire di espandere il campione di calibrazione ed estendere l’analisi ad altre forme funzionali. Ulteriori spunti di approfondimento riguardano l’analisi delle condizioni di stazionarietà, relativamente agli intervalli temporali di riferimento e l’influenza di diverse tipologie di veicoli e dei flussi in archi diversi da quello considerato (funzioni non separabili) sulle modalità del deflusso. In tal senso risulterà particolarmente efficace l’impiego delle funzionalità del sistema informativo proposto nel porre in relazione i diversi elementi di interesse.
XX Ciclo
1976

2006/2007
I progetti di infrastrutture di trasporto sono spesso soggetti a veri e propri fenomeni di stallo, il più delle volte causati da processi decisionali condotti in modo non adeguato. La ricerca, che coinvolge necessariamente più ambiti disciplinari, ha indagato gli strumenti che possono migliorare il processo decisionale con particolare riferimento al contributo degli strumenti governati dall’ingegnere trasportista. Innanzitutto si è effettuato un inquadramento teorico dei processi decisionali e della loro relazione con i processi di pianificazione. I percorsi decisionali reali possono essere descritti ed interpretati mediante alcuni modelli: razionale-comprensivo, cognitivo, incrementale, “bidone della spazzatura”. Tali modelli hanno differenti poteri prescrittivi e campi di applicazione. Per gli interventi sulle infrastrutture di trasporto l’interesse è ricaduto verso un modello di sintesi, secondo il quale gli attori del processo interagiscono nel tempo per scambiarsi quattro tipi di risorse: giuridiche, conoscitive, finanziarie, politiche (o di consenso). Tuttavia all’interno del processo decisionale il modello razionale-comprensivo conserva la sua funzione pedagogica: aiuta infatti a definire compiutamente ed in modo trasparente problemi, obiettivi e possibili alternative di un progetto. In quest’approccio gli indicatori d’efficacia hanno il compito di verificare il soddisfacimento degli obiettivi da parte dei piani. Sono state in seguito analizzate alcune prescrizioni normative inglesi, svizzere, francesi e italiane relative ai processi di pianificazione, con particolare riferimento al tema della mobilità urbana. In tutti gli schemi c’è la tendenza ad affrontare la pianificazione dei trasporti con un approccio di sistema, multimodale e coerente con le politiche urbanistiche. Negli schemi inglesi e svizzeri gli obiettivi e gli indicatori sono definiti a livello nazionale, mentre il quadro di riferimento francese e italiano è meno rigido. La ricerca ha quindi analizzato il processo decisionale legato alla realizzazione delle prime due linee tranviarie di Lione (Francia), che costituisce un esempio di rapidità ed efficacia dell’azione pubblica. La ricostruzione del processo riguarda un periodo compreso tra metà degli anni Ottanta e i giorni nostri. A livello metodologico il caso di studio si fonda su una ricerca documentaria e su una serie di interviste ad alcuni attori del processo. È stata documentata l’evoluzione delle riflessioni sul riassetto della rete di trasporto pubblico: si è passati da una fase di progressiva estensione della rete di metropolitana alla reintroduzione del tram. L’analisi del caso di studio conferma che laddove siano presenti una pluralità di attori, una molteplicità di obiettivi e scadenze incombenti, il processo decisionale non segue uno schema completamente razionale, ma è meglio descritto dal modello che prevede gli attori che acquisiscono nel tempo le quattro risorse. Le risorse conoscitive (strumenti informativi) hanno svolto un ruolo importante nella definizione del problema. Gli indicatori inoltre hanno dato legittimità tecnica alle decisioni del Piano della mobilità e hanno contribuito a costruire il consenso attorno al progetto tranviario. Dall’esame del caso di studio sono dedotte alcune indicazioni per la conduzione di un processo decisionale “soddisfacente”. Esse riguardano, in generale, la struttura organizzativa a supporto delle decisioni e, con particolare riferimento a un intervento sul sistema dei trasporti pubblici urbani, alcune tecniche da adottare nella gestione del percorso decisionale.
XX Ciclo
1977

La Tesi, con il supporto del Dipartimento di Protezione Civile della Regione Marche e dell’ ARES (Associazione Regionale Emergenza Sanitaria e Sociale) ha progettato e predisposto un Posto Medico Avanzato Chirurgico pronto per l’immediata partenza e operativo in tempi rapidi in caso di catastrofe. Il modulo, in linea con i requisiti europei, effettua interventi chirurgici, ma deve anche garantire adeguate condizioni ambientali ed un limitato consumo di energia. La ricerca è divenuta sempre più attuale e rilevante a seguito del sisma aquilano (06/04/2009). La sottoscritta ha partecipato agli interventi di soccorso dell’Ospedale da campo della Regione Marche, come volontaria ARES, contribuendo alla gestione dei dati sanitari raccolti. La partecipazione al progetto di ricerca europeo “MICRODIS: L’Aquila Earthquake” ha implementato la prima fase della ricerca: l’analisi della richiesta sanitaria della popolazione terremotata nei due mesi post sisma. Il Posto Medico Avanzato Chirurgico progettato è stato concretamente sperimentato attraverso la partecipazione ad una esercitazione per l’attivazione di “Moduli” del Meccanismo Europeo di Protezione Civile, “ModexEU” (BOTC Group). Per indagare il comfort ambientale interno alle strutture campali, con particolare attenzione alla tenda adibita a sala operatoria, si è installata una tenda di Protezione Civile presso la Facoltà di Scienze (UNIVPM) per effettuate misurazioni termiche in ambiente reale e testare un sistema di diffusione dell’aria climatizzata, con l’impiego di tessuti traspiranti, al fine di ridurre le stratificazioni e diminuire i gradienti di temperatura orizzontali e verticali. I risultati della ricerca danno una risposta concreta alle necessità sanitarie relative ad una maxi-emergenza, attraverso la progettazione di una struttura campale modulare e di rapida attivazione, in cui potrebbe trovare applicazione il sistema di climatizzazione appositamente studiato per il mantenimento del benessere ambientale degli occupanti.
This thesis, supported by the Department of Civil Protection of Marche Region and ARES (Regional Association Sanitary Emergencies), allowed to design and set up an Advanced Medical Post whit Surgery, self-sufficient, available for a rapid departure and development after arrival on site, in the aftermath of a disaster. As the EU guidelines request, this sanitary module is able to perform damage control surgery, but it should also providing an adequate indoor comfort and limited energy consumptions. The research has become increasingly topical after the L'Aquila earthquake (06/04/2009). The undersigned participated at the rescue operations of the field hospital of the Marche Region, as ARES volunteer, contributing to the management of the collected health data. The active participation at the European research project "MICRODIS: L'Aquila Earthquake" has implemented the first goal of the research: to analyze the health request of people affected by L'Aquila earthquake, from the first day of the earthquake up to two months. The designed Advanced Medical Post whit Surgery was actually tested through the participation at a European exercise for European Civil Protection Mechanism Modules: the "ModexEU" project (BOTC Group). To investigate the indoor comfort of the sanitary Module, focusing particularly on the surgery tent, a Civil Protection tent was installed and monitored in the Department of Sciences (UNIVPM). An innovative air conditioned distribution system, made of “breathable fabric”, was tested in order to reduce the air stratification and the horizontal and vertical temperature gradients. This Thesis gives a concrete response to the health needs in the aftermath of a disaster, through the design of a modular sanitary structure rapid in activation and deployment, in which a specifically designed air conditioned distribution system could be also applied, with the aim of improving the indoor well-being of occupants.

2006/2007
Le tecniche di progettazione basate su criteri di ottimo sono state fino ad ora poco impiegate nell’ambito professionale civile sia perché ritenute difficilmente applicabili ai sempre diversi problemi dello strutturista, sia perché gli strumenti atti a tale tecnica richiedono basi matematiche e di programmazione adeguate, ed infine perché in commercio non esistono in genere strumenti facilmente utilizzabili a tale scopo. Il presente lavoro individua un metodo operativo di progettazione basato su criteri di ottimo e ne valida il processo applicandolo alla progettazione di ponti in struttura mista acciaio-calcestruzzo ad asse rettilineo. Il metodo di progettazione proposto è caratterizzato dalla sinergia operativa di due software commerciali e di un codice interno; per quanto concerne gli applicativi commerciali si è adottato il codice FEM Straus7 (distribuito da HSH Srl) e l’ottimizzatore modeFrontier (ESTECO.Srl) in quanto facilmente reperibili in commercio e di largo impiego professionale. L’applicazione del metodo proposto è resa possibile dal software interno denominato AutoBiD (Automatical Bridges Design) mediante il quale viene automaticamente definito: l’asse teorico discretizzato dell’infrastruttura viaria; l’asse di progetto coerente ai vincoli normativi e realizzativi; il modello in ambiente FEM con impiego del software commerciale Straus7 e sue API (Application Programming Interface). Il codice esegue inoltre le verifiche di normativa sulla struttura in acciaio e predimensiona la soletta collaborante in calcestruzzo. Al termine delle analisi l’impalcato è valutato sulla base dei coefficienti di utilizzazione di ogni concio e sul peso complessivo della struttura in acciaio. Nel codice AutoBiD è stato implementato anche un software di ottimizzazione mediante algoritmi genetici di realizzazione interna e denominato ABiDEvoCOM (Automatical Bridges Design Evolutionary Algorithm), mediante il quale sono possibili ottimizzazioni locali e cicli di ricerca dell’ottimo globali mono obiettivo. La ricerca si conclude con la validazione del metodo applicato ad un caso studio.
XX Ciclo
1976

2007/2008
Traffic accidents cause high material and human losses, what is reflected in society. The logical result is the need for efficient road safety in designing a new and the existing road system. Slovenia is, like other new EU Member States, aware of its tasks for improving traffic safety. In accordance with very clear demands of European transport policy about road safety – that is an EU recommendation of halving the number of road accident victims in the European Union by 2010 – Slovenia has also put into its national program a decision to halve the number of dead casualties on Slovenian roads. Unfortunately, the current situation in the field of road safety in Slovenia is - despite the highly ambitious plans - still not satisfactory. It has to be admitted that traffic safety in Slovenia has been improved during the last years but we still have not achieved the objectives of reducing road accidents, injured participants or dead casualties. One of the "steps" to achieved desired level is also to improve existent road infrastructure. Road infrastructure improvement supposed to be applied to "black spots" first. For safety management it is well known, that we have three main motives for safety management: economic effectiveness, professional and institutional responsibility, and fairness. Survey among 25 EU states about estimating the most effective short, medium, and long term measures - both at national level and at EU level - shown, that measures related to infrastructure safety management (such as high-risk site management - black spot management), road safety audit and road safety inspection, are generally recognized as a high priority. While high-risk site management is a short-term measure, other infrastructure safety management measures make their impact in the medium to long term. One of the possible approaches to identification of "safety problems" (safety deficiencies: accident frequency, accident rate, accident severity) is also use of accident prediction models (APM). With those models and use of various criteria we can detect not only "black spots" but also "larger targets". A large number of "statistical predictive safety models" are described in the literature. Many attempts were done to use those models to establish a relationship between various traffic parameters and the number of accidents at road sections or road intersections. For statistical safety prediction models it is often suggested that accident occurrences are discrete, sporadic and random in nature. Thereby it is suggested to use Poisson regression models. The variation in accident occurrence is also considered to be due in part to the systematic variation in identified traffic measures such is traffic flow rates, measures of speed and intersection design parameters. Discrete, Poisson or negative binomial distributions are usefully applied to estimate the number of accidents that occur at road sections / intersections over a particular period of time. For accident prediction modeling the "generalized linear modeling" approach has been found to be particularly useful. This approach accounts for the fact that the dependent variable (e.g. number of accidents) does not need to be normally distributed (as is often the approach to describe the relationship between accident frequency and traffic flows on major and minor roads at intersections). For the purpose of this work I collect different types of data for 60 level intersections on state road network in Slovenia. I divide those intersections into four different groups: 3-leg without left turn lanes on major road, 3-leg with left turn lanes on major road, 4-leg without left turn lanes on major road and 4-leg with left turn lanes on major road. All intersections were in rural area - outside urban area - with limited influence (or no influence at all) of pedestrians or / and cyclists. For observed intersections I collect different types of needed data: data about traffic accident for last 5 years (from 2002 - 2006), data about traffic (AADT on major and minor road), data about geometrical elements of the intersections, alignment of legs and other needed data (lane / shoulder width, speed limit, lighting, present of left / right turn lanes, type of terrain etc.) After study of relevant literature I consider two different types of APM, which seemed to be correct and useful for my research work. I evaluate those different types of APM and made calculation for data which I obtained. At the end I made the correlation between those models with use of an empirical Bayesin method for calculating adjusted accident frequency.
XXI Ciclo
1973

L'analisi dello stato dell'arte suggerisce che la combinazione di processi di produzione, solitamente impiegati per l’elaborazione di strutture differenti, comporta la produzione di dispositivi a base biopolimerica con strutture complesse e proprietà rilevanti. L'obiettivo di questo lavoro di ricerca è stato quello di esplorare i diversi vantaggi dei metodi di elaborazione combinati sia in one-step che in two-steps. In particolare, sono state testate diverse combinazioni di processing al fine di ottenere dispositivi a base biopolimerica con strutture e proprietà non ottenibili da singoli processi, trattamenti o materiali. Ogni dispositivo è stato caratterizzato al fine di comprendere le relazioni tra processo-proprietà e struttura. La preparazione di vari dispositivi per applicazioni diverse ha dunque dato prova di come questa strategia risulti vincente al fine di creare strutture complesse

Peridynamics, a recently proposed non-local continuum theory, is particularly suitable to describe fracture phenomena in a wide range of materials. One of most common techniques for its numerical implementation is based on a mesh-free approach, in which the whole body is discretized with a uniform grid and a constant horizon, the latter related to the length-scale of the material and/or of the phenomenon analysed. As a consequence of that, computational resources may not be used efficiently. The present work proposes adaptive refinement/scaling algorithms for 2D and 3D peridynamic grids, to reduce the computational cost of peridynamic based software. Adaptive refinement/scaling is here applied to the study of dynamic crack propagation in brittle materials. Refinement is activated by using a new trigger concept based on the damage state of the material, coupled with the more traditional energy based trigger, already proposed in the literature. The use of a varying horizon and grid spacing over the grid may introduce some anomalies on the numerical peridynamic solution, such anomalies are investigated in detail through static and dynamic analyses. Moreover, while the scientific community is working to assess the full potential of peridynamics, few researchers have observed indirectly that the evolution of crack paths can follow, in an unphysical way, the axes of symmetry of the grid. The main parameter affecting such a numerical phenomenon seems to be the value of the m ratio, namely the ratio between the horizon and the grid spacing. The dependence of the crack path on the grid orientation would be a serious drawback for peridynamic based software since it would undermine what is believed to be one of its most important advantages over other computational methods, i.e. its capability to simulate (multiple) crack nucleation, propagation, branching and interaction in solids in a simple way. Finally, in order to show the effectiveness of the proposed approach, several examples of crack propagation in both 2D and 3D problems are presented. Then, the results obtained are compared with those obtained with other numerical methods and with experimental data.
La Peridynamica, una teoria non locale del continuo proposta recentemente, è particolarmente adatta a descrivere fenomeni di frattura in una vasta gamma di materiali. Una delle tecniche più comuni per la sua implementazione numerica è basata su un approccio senza mesh, in cui l'intero corpo viene discretizzato con una griglia uniforme e un orizzonte costante, essendo quest'ultimo in relazione con la lunghezza di scala del materiale e/o del fenomeno analizzato. Di conseguenza le risorse computazionali possono non essere utilizzate in modo efficiente. Il presente lavoro si propone di sviluppare gli algoritmi per l’implementazione dell’adaptive grid refinement and scaling per griglie peridinamiche 2D e 3D, con lo scopo di ridurre il costo computazionale dei software basati sulla peridynamica. Questo approccio viene applicato allo studio della propagazione dinamica di cricche in materiali fragili. Il refinement viene attivato utilizzando un nuovo concetto di “innesco” che si basa sullo stato di danneggiamento del materiale, accoppiato con il più tradizionale innesco basato su un criterio energetico, già proposto in letteratura. L' utilizzo di un orizzonte e di un passo di griglia variabile può introdurre nella soluzione numerica della peridynamica alcune anomalie, che vengono analizzate dettagliatamente tramite analisi statiche e dinamiche. Inoltre, mentre la maggior parte della comunità scientifica sta lavorando per valutare a pieno le potenzialità della peridynamica, solo alcuni ricercatori hanno osservato indirettamente come il percorso della cricca possa seguire, in modo chiaramente non realistico, gli assi di simmetria della griglia. Il principale parametro che influisce su tale comportamento sembra essere il valore assunto dal rapporto m, definito come il rapporto tra l'orizzonte e il passo della griglia. La dipendenza del percorso della cricca dall'orientamento della griglia sarebbe un grave ostacolo per lo sviluppo di un software basato sulla peridynamica, poiché ciò porterebbe a pregiudicare quella che si ritiene essere uno dei suoi vantaggi più importanti rispetto ad altri metodi di calcolo, ossia la sua capacità di simulare la nucleazione (anche multipla), la propagazione, la ramificazione e l’interazione di cricche in materiali solidi in modo semplice. Successivamente, al fine di dimostrare l'efficacia del metodo proposto, vengono presentati alcuni esempi di propagazione di cricche per problemi 2D e 3D. Infine, i risultati ottenuti sono confrontati con quelli ottenuti con altri metodi numerici e con dati sperimentali.

In the last decades, also due to the ever increasing importance assumed by civil air transport and its deregulation, the aeronautical structural design results to be characterized by two contrasting needs: on the one hand, the reduction of costs, and, on the other hand, the increase of the aircraft reliability. The costs minimization often results in fuel saving and, hence, in a mass optimization of the airplane; however, this risks to collide with the necessity to maximize the system reliability. The probabilistic approach to structural design, as it is proposed by the Reliability-Based Design Optimization (RBDO) phylosophy, allows to combine these antithetical requirements. After all, the traditional deterministic approach, which is based on the use of safety factors, often proves to be inadequate, since it can cause both a structural overweight and an underestimation of risks. Probabilistic optimization consists of two separate processes: an external loop of deterministic optimization and an internal reliability assessment loop; these two steps are executed repeatedly, until the optimal configuration is reached; this condition is such that one or more performances are maximized and, at the same time, the feasibility constraints result to be respected with the desired level of likelihood. Despite the growing interest towards the RBDO methodologies in the aeronautical field, to this day some applicative areas remain, which have not been sufficiently treated in literature; one of them is the aeroelastic field. Moreover, it is important to higlight that every single applicative case requires a deep study at a numerical level, aimed at determining which are the optimization and reliability assessment algorithms which are best fit for that particular situation; next, the two chosen algorithms have to be interconnected, to create a single probabilistic optimization loop. One of the novelties that are proposed in this thesis consists on the use of RBDO in the frame design of a wing section, in order to prevent aeroelastic instabilities and to optimize such a structure; this optimization methodology, based on the elastic axis, had been previously applied by following a deterministic approach only (even though on a three-dimensional case). Another subject matter that was treated is essentially numerical: the creation of a simple RBDO algotithm, that was then successfully applied to the sizing of a beam. Subsequently, two analyses were carried on, aiming at applying RBDO first to the structure of a rectangular wing, and then to a shear web, and promising results were obtained in both cases. In the future continuation of the present work, the various subject matters that have been treated will converge towards the determination of a global, unified procedure for the probabilistic optimization of a wing structure. Such an approach, that will also aim to prevent aeroelastic phenomena, will be devoted to reproduce as more realistically as possible the system and the surrounding environment; therefore, it will reckon with both structural nonlinearities and the forces generated by random gusts.
Mai come oggi, complice anche la crescente importanza che ricopre il trasporto civile aereo e la liberalizzazione di tale mercato, la progettazione strutturale in ambito aeronautico risulta essere dominata da due esigenze contrastanti: da un lato, la riduzione dei costi, dall'altro, l'aumento dell'affidabilità del velivolo. La minimizzazione dei costi si traduce spesso in una minore spesa di carburante e, quindi, in un'ottimizzazione della massa dell'aereo; tuttavia, ciò rischia di scontrarsi con l'imperativo di massimizzare l'affidabilità del sistema. L'approccio probabilistico alla progettazione, così come proposto dalla filosofia Reliability-Based Design Optimization (RBDO), consente di coniugare queste due esigenze fra loro antitetiche. D'altro canto, il tradizionale approccio deterministico, basato sui coefficienti di sicurezza, risulta spesso inadeguato, in quanto può portare sia ad un eccessivo appesantimento strutturale che, caso opposto, ad una riduzione della sicurezza del sistema. L'ottimizzazione probabilistica consta di due processi distinti: un loop esterno di ottimizzazione deterministica ed un ciclo interno di verifica dell'affidabilità: questa successione continua fino a che si converge alla configurazione ottimale, tale cioè da massimizzare una o più performances e, allo stesso tempo, che rispetti i vincoli relativi al livello minimo di sicurezza richiesto. Nonostante il crescente interesse verso le metodologie RBDO in campo aeronautico, ad oggi permangono aree applicative che non sono ancora state sufficientemente trattate in letteratura; tra queste, l'ambito aeroelastico. Inoltre, va sottolineato che ogni singolo caso applicativo richiede uno studio approfondito, a livello numerico, volto a determinare quali siano gli algoritmi di ottimizzazione e di verifica dell'affidabilità che meglio si adattano alla situazione; questi, in seguito, vanno interconnessi per creare un unico ciclo di ottimizzazione probabilistica. Uno degli elementi di novità che vengono proposti in questa tesi consiste nell'impiego della RBDO al progetto strutturale della sezione di un'ala, allo scopo di prevenirne fenomeni di instabilità di natura aeroelastica, oltre che di ottimizzarne la struttura; tale metodologia di ottimizzazione, basata sull'asse elastico, in precedenza risultava applicata (seppure ad un caso tridimensionale) soltanto in maniera deterministica. Un'altra tematica che è stata trattata ha invece una natura essenzialmente numerica: la costruzione di un semplice algoritmo di ottimizzazione probabilistica, applicato con successo al dimensionamento di una trave. In seguito, è stata affrontata un'analisi volta ad applicare la RBDO prima alla struttura di un'ala rettangolare e poi ad un longherone rastremato, con risultati promettenti. Nella futura prosecuzione del presente lavoro, le varie tematiche affrontate confluiranno nella determinazione di una metodologia unitaria per l'ottimizzazione probabilistica della struttura di un'ala. Tale approccio, che mirerà anche alla prevenzione di fenomeni aeroelastici, si proporrà di riprodurre il sistema e l'ambiente circostante nel modo più fedele possibile, e terrà quindi conto delle nonlinearità strutturali e delle sollecitazioni dovute alle raffiche di vento aventi natura stocastica.

Since the first mating manoeuvre in space, performed in 1966, many different docking mechanisms were developed, mainly for large manned spacecraft. The few systems recently conceived for small satellites have never been verified in space nor scaled to CubeSat size. In the near future, small spacecraft docking procedures could acquire great importance due to the need to share resources between clusters of low-weight and low-cost vehicles: in fact, small spacecraft market is rapidly growing, focusing on commercial low risk application, low budget scientific and educational missions. In this context, this document presents a novel docking mechanism to provide small spacecraft with the ability to join and separate in space, to realize multi-body platforms able to rearrange, be repaired or updated, thus overcoming the actual on board limitations of single small-scale satellites. As for now, the few proposed docking ports present (1) simple probe-drogue interfaces, unable to dock with same-gender ports, or (2) androgynous geometries, that can overcome that problem, but usually employing complex and non-axis-symmetric latches to perform the docking manoeuvre, that would demand robust and stringent navigation and control systems. The proposed solution overcomes the aforementioned drawbacks, using a semi-androgynous shape-shifting mechanism that actuating one interface changes the port into a “drogue" configuration, letting the other port penetrate it and closing around to create a solid joint. The mechanism design through the requirement definition and a trade-off between different concepts is presented, followed by the analysis of the dynamic behaviour of the selected solution, with particular attention to two aspects, i.e. the loads transmitted between the mating ports and the alignment tolerances requested to perform successful docking manoeuvres. Such analysis led to the definition of an instrumented prototype to verify the solution through simple validation tests, which demonstrated the mechanism operations and defined the alignment ranges, that lie in the range of +- 15 mm and up to 6 degrees. Last, a comparison with SPHERES UDP is presented, as part of the activities performed during a visit period at MIT Space Systems Laboratory.
Fin dalla prima manovra di ancoraggio avvenuta nel 1966, molti e differenti meccanismi di docking sono stati sviluppati, per lo più per satlliti dotati di equipaggio. I pochi sistemi recentemente concepiti per piccoli satelliti non sono mai stati testati in spazio né scalati alle dimensioni adeguate per essere installati su CubeSat. Nel prossimo futuro, vi potrebbe essere un crescente interesse nello sviluppo di adeguate procedure di docking per piccoli veicoli, per realizzare strutture interdipendenti di satelliti, capaci di distribuire e condividere le proprie risorse: infatti, il mercato relativo a tali veicoli è in continua e costante crescita, concentrandosi su applicazioni commerciali a basso rischio e missioni scientifiche o educazionali a basso costo. In questo contesto, questo documento presenta un innovativo meccanismo di docking, capace di dare ai piccoli satelliti la capacità di agganciarsi e separarsi nello spazio, consentendo la realizzazione di piattaforme multicomponente intercambiabili, autoriparabili e aggiornabili tramite l'aggiunta di nuovi moduli, così da superare gli attuali limiti tecnologici imposti dalle limitate risorse disponibili a bordo dei singoli satelliti. Le interfaccie di docking fino ad ora realizzate presentano (1) sistemi maschio-femmina assai semplici ma ovviamente incapaci di agganciarsi a porte dello stesso genere, o (2) geometrie androgine, che pur evitando tale problematica risultano utilizzarre meccanismi complessi e non assialsimmetrici, richiedendo quindi strategie di navigazione e controllo d'assetto molto complicate e robuste. La soluzione proposta vuole superare le limitiazioni precedentemente menzionate, utilizzando un meccanismo muta-forma semiandrogino, capace di cambiare la forma dell'interfaccia in "femmina" così da consentire la penetrazione da parte di una porta equivalente ma non attuata, catturandola e realizzando l'aggancio. La progettazione del meccanismo ha seguito un processo logico, dalla definizione di una serie di requisiti al confronto tra soluzioni concettuali concorrenti, per concludersi con l'analisi del suo comportamento dinamico, dedicando particolare attenzione a due aspetti critici, la trasmissione dei carichi e le tolleranze di allineamento richieste durante una manovra di docking. Tali analisi sono state seguite dalla realizzazione di un prototipo instrumentato, utilizzato per verificare in laboratorio la funzionalità del meccanismo e definire precisamente i valori di tali tolleranze, che giacciono in un intervallo di discostamenti compreso tra +-15 mm e 6 gradi. Infine, un paragone con l'interfaccia UDP di SPHERES viene brevemente presentato, all'interno di una più ampia descrizione delle attività condotte durante un periodo di visita presso lo Space Systems Laboratory del Massachusetts Institute of Technology.

Hyper-Velocity-Impacts (HVI) are a common problem in the space environment. They especially concern space missions, in terms of: Potential damage to spacecrafts and satellites Collisional evolution of small and large bodies of the Solar System. This thesis focuses on the effect of such impacts, through the analysis of the vibration field generated by HVI on both of the aforementioned cases. Referring to the first point, i.e. the HVI-induced disturbances on spacecraft internal components, a wide experimental campaign has been performed on targets representative of S/C structures, making it possible to measuring and reproducing the HVI-induced vibration field on the selected targets. The aim of this activity was to acquire data on transient waves generated after an HVI and propagating from the impact point. Such disturbances have been evaluated in from of acceleration signals. The invaluable information achievable from such an activity is related to the HVI ability of loading structures up to frequencies that are normally not explored in the standard practice for mechanical dynamic testing. These loads can damage electronic components and sensors mounted on S/C. An experimental campaign on structural components represents a unique mean of collecting data about the transient behaviour of spacecraft components subjected to HVI threat. The Study is relevant to both "simplified" (i.e. simple plates and sandwich panels made by Aluminium alloy and composite materials) and "complex" (i.e. structural assemblies including joints) targets, hit by projectiles in the range 0.6 - 2.3 mm at velocity from 2 to 5 km/s. The test-case selected for the experimental activity is the GOCE satellite, whose mission main objective is to measure the Earth's gravity field modelling the geoid with extremely high accuracy and spatial resolution. To do this, it will carry a gradiometer that is sensitive to disturbances, like the one generated by HVI. For this reason, the assessment of the vibration field that propagates after an HVI is fundamental. As a conclusion, the activity on spacecraft structures resulted in the creation of an extensive database of the disturbance field generated and propagated by HVI on simple and complex assemblies, even highlighting the dependence of the structural response from the mass and velocity of the impacting debris. The disturbance was quantified computing SRS spectra of the measured acceleration signals. This activity made also possible to evaluate the momentum transferred by the projectiles to the impacted targets. This measurement was necessary to validate the numerical technique used to extrapolate the experimental results to structures and impact conditions different from those achievable at laboratory scale with the existing hypervelocity facilities [28]. Moreover, to investigate in detail the typical features of transient disturbances, a dedicated study was implemented on the application of Wavelet Transform (WT) to the sampled acceleration signal on aluminium simple plates and honeycomb sandwich panels. WT was used to explore the complex wave generation and propagation behaviour inside these targets, thanks to its ability of identifying the following wave features: speed of propagation, type, dispersion properties and frequency content. This work led to a better understanding of the origin of disturbance field due to HVI, demonstrating that WT technique may be used to analyse the elementary constituents of transitory signals. Referring to the second point, i.e. the study of the collisional evolution of minor bodies of the Solar System, several numerical simulations were carried out to study the wave propagation on planetary-like objects. HVI characterize the evolutional story of all the small and large bodies of the Solar System. For this reason, the goal of simulations on porous materials (concrete was used as test-case in this thesis) was to obtain a better comprehension of the impact processes and to provide a tool to validate the results of numerical models, through the analysis of wave generation and propagation on different materials. The results of this activity aimed also to contribute to the data interpretation of the ground and space based observations, in particular in view of space missions such as Smart1, MarsExpress, VenusExpress, BepiColombo, Cassini-Huygens, Rosetta, Dawn. Impact experiments to investigate craterization and catastrophic disruption on planetary objects are limited due to scale effect (i.e. size of the targets, Earth gravity environment, actual performance of the modern hypervelocity facilities). Therefore, a possible method used to study the impact processes is to perform numerical simulations with hydrocodes. The main issue with these tools is the unknown response of materials to high velocity impacts, pressures of several MPa and shock wave propagation. The validation of such models implies to test with the available impact facilities small-scale targets representative of real asteroids and to match experiments and numerical simulations. Waves propagating within the impacted target can be used in the assessment of such numerical models, through the comparison of waves features like: speed, frequency and reflections. In this thesis the possibility to use an accelerometer to measure waves propagation in concrete spheres (representative of porous targets) and to identify wave features with WT is explored. For this reason, SPH (smooth particles hydrocode) simulations have been carried out on a small-scale concrete sphere to better understand the propagation of shock waves and to evaluate the load effects due to the accelerometer mass. Results show that this measurement is possible, even if it is necessary to perform it with a highly sensitive measurement chain.