BOOK of posters 2018

RICERCHE SVOLTE NEL DOTTORATO DI INGEGNERIA MECCANICA E INDUSTRIALE DRIMI XXX – XXXI – XXXII-XXXIII ciclo Maggio 2018



In questo opuscolo sono presentate le ricerche svoltedai nostri studenti di dottorato. Molti di loro hanno laborsa finanziata da aziende bresciane e non solo.Aziende che anche quest’anno hanno creduto in noifinanziando 7 borse aggiuntive per il XXXIII ciclo.Mi auguro che il DRIMI possa diventare uno strumentodi collaborazione fra università e aziende sempre piùriconosciuto e di trovare l’interesse di un numeroancora maggiore di aziende per il XXIV ciclo. IlMinistro dello Sviluppo Economico ha firmato nelmaggio 2015 il decreto attuativo per il credito diimposta per attività di ricerca e sviluppo. Questodecreto consente, entro specifiche condizioni, didetrarre dalle imposte il 50% del costo di ogniborsa finanziata.Se la ricerca riguarda temi di interesse per idocenti del Dipartimento di Ingegneria Meccanicae Industriale (DIMI) è possibile un cofinanziamentoda parte del dottorato. prof. Laura Eleonora Depero Coordinatore del DRIMI [email protected]

Info: http://drimi.unibs.it/























































Dotorato di RicercaIngegneria Meccanica e IndustrialeSOSTENIBILITA’ DEI MATERIALI SOSTITUTIVI:valutazione della sosttuzione di materieprime con materiali otenut dal ricicloSTUDIO FINANZIATO DALL’INSTM Dr./Ing. Giovanna Gargiulo Relatore: Prof.ssa Elza BontempiL’atvità studia, tramite indici appropriat, la possibilità di sosttuire materie prime con conmateriali, det sosttut, otenut da riciclo.Quando è conteniente ottero eco-sostenibile sosttuire? Se il materiale sosttutto necessita dilatorazioni o soltent che nel complesso hanno una energia intrinseca (EE= Embodied Energy) eduna produzione di anidridi (CF= Carbon footprint) più bassa rispeto al materiale originario allora lasosttuzione è sostenibile.Il vantaggio del recupero e del riutlizzo di alcuni rifut è la loro disponibilità!Atenzione è posta sull’utlizzo dei rifut urbani, in partcolare gli scart alimentari, e su quellilegat alle lavorazioni agricole: il rifuto ditenta una risorsa nella realizzazione di materiali abasso impato ambientale.I campi di applicazione di questa ricerca sono molteplici dall’AM (Additte Manifacturing), allaproduzione di nuoti materiali per l’assorbimento degli inquinant, materiali utlizzabili per l’edilizia aquelli utlizzat nei più comuni beni di consumo (tablet, phone, plastche, etc.).Inoltre è oggeto di studio la progetazione e la sosttuzione di un materiale con nuoti cherispetno non solo gli obietti ricercat quali carateristche meccaniche, fsiche, eletriche,termiche etc., ma anche quelli legat alla sostenibilità con bassi EE e CF. Ipad 2: confronto tra PC e Al - Gorilla Glass Vincolo: resistenza alla fessione Obietto: minimizzare la massa

Dottorato di Ricerca Ingegneria Meccanica e Industriale GESTURE RECOGNITION PER LA Dott.ssa Cristina Nuzzi ROBOTICA COLLABORATIVA Relatore: Prof.ssa Giovanna Sansoni TRAMITE SISTEMI DI VISIONE 3D E Tutor: Prof. Giovanni Legnani ALGORITMI DI DEEP LEARNING Il progetto di ricerca si focalizza sulla Robotica Collaborativa, sia dal punto di vista della sicurezza degli operatori che condividono l’ambiente di lavoro del robot sia dal punto di vista della comunicazione uomo-macchina, realizzata tramite algoritmi di deep learning. Nell’ottica dell’Industria 4.0 questo argomento solleva molto interesse: la collaborazione uomo-macchina permette agli operatori e ai manipolatori robotici di lavorare in un ambiente manifatturiero condiviso, sollevando gli operatori umani dai compiti più pesanti grazie all’assistenza del robot. S C E LTA D E L S E N S O R E VISION-BASED NON VISION-BASED Marker: il sensore è una camera MARKER ottica standard, e l’operatore Guanti: guanti strumentati con vari indossa dei marker per sensori per acquisire le informazioni CAMERA SINGOLA relative al gesto, ed inviate al sistema STEREO CAMERA riconoscimento e tracking; GUANTI di elaborazione; DEPTH CAMERA Camera singola: si utilizza una Bracciale: tramite l’elettromiogramma videocamera solitamente ad alta o simili si acquisiscono informazioni capacità di acquisizione; sul gesto eseguito, elaborate dal Stereo camera: ottime per sistema di elaborazione; Non-wearable: si tratta di tecnologie ricostruire ambienti 3D soprattutto BRACCIALE che possono acquisire le informazioni all’esterno, necessaria la relative al gesto senza dover calibrazione; indossare nulla, ad esempio Depth sensor: ottime per ricostruire utilizzando le radio frequenze. E’ una ambienti 3D soprattutto all’interno, categoria in rapida evoluzione. non sfruttano la tecnologia delle NON stereo camera. WEARABLE RICONOSCIMENTO GESTI: METODO PROPOSTO WORKER START! FEEDBACK TO La procedura di riconoscimento gesti si GESTURE WORKER suddivide in cinque parti essenziali: WORKER ACTION •S  ensor Data Collection: il dato “grezzo” del COMMAND gesto viene acquisito dai sensori; SENSOR DATA TO ROBOT GESTURE •G  esture Identification: in ogni frame viene COLLECTION ROBOT MAPPING localizzato un gesto; CAPTURED REACTION GESTURE •G  esture Tracking: il gesto localizzato viene INFORMATION RECOGNITION RESULT tracciato durante tutto il movimento del gesto. Questa fase non è necessaria se il gesto è GESTURE IDENTIFIED GESTURE GESTURE statico; IDENTIFICATION (STATIC GESTURE) CLASSIFICATION • Gesture Classification: il gesto tracciato viene IDENTIFIED identificato secondo i tipi di gesto predefiniti GESTURE GESTURE TRACKED che l’algoritmo di deep learning utilizzato sa TRACKING GESTURE riconoscere; • Gesture Mapping: il risultato del riconoscimento viene tradotto in comando per il GESTURE RECOGNITION robot e un feedback viene inviato ai lavoratori. RIFERIMENTI Liu, H., Wang, L., Gesture recognition for human-robot collaboration: A review, International Journal of Industrial Ergonomics (2017), http://dx.doi.org/10.1016/j.ergon.2017.02.004

Dottorato di RicercaIngegneria Meccanica e IndustrialeSTUDIO ED ANALISI SPERIMENTALE Boom Ing. Federico CeresoliSU MACCHINA MOVIMENTO TERRA Relatore: prof. Rodolfo Faglia TUTOR: prof. Luigi Solazzi Stick BennaSTUDIO E SVILUPPO MODELLO SOLIDO MACCHINA ESISTENTECondizioni di carico analizzate: •Sollevamento alla minima distanza:•Livellamento:FF F •Sollevamento alla massima distanza: F •Urto laterale: F FF POSIZIONAMENTO ACCELEROMETRI PER PROVE SPERIMENTALI RISULTATI SPERIMENTALI E NUMERICI•Accelerazioni nella condizione di livellamento: •Sollecitazioni nella condizione di livellamento:

Dottorato di RicercaIngegneria Meccanica e IndustrialeINERTIZZAZIONE DEI METALLI PESANTI Dr. Assi AhmadPRODOTTI DALL’INCENERIMENTO DI Relatore: prof.ssa Elza BontempiRIFIUTI SOLIDI UTILIZZANDO LA SILICA TUTOR: prof.ssa Laura E. DeperoFUME.BORSA DI STUDIO FINANZIATA DA A2A INTRODUZIONELa gestione delle ceneri leggere (fly ash) prodotte dall’incenerimento di rifiuti solidi urbani (MSWI),ceneri leggere di carbone (CFA) e dalla desolforazione dei gas di scarico (FGD) è diventata una dellapressanti questioni ambientali nella moderne città urbane. La caratterizzazione chimica della cenerileggere ha dimostrato la presenza di metalli pesanti potenzialmente tossici come Pb, Zn, As. Pertanto,è classificato come rifiuto tossico. Per questo motivo l’oggetto della ricerca è sviluppare nuoviprocessi di inertizzazione.Estrusione DiscaricaRiutilizzo delle polveri prodotte dall’incenerimentodopo la stabilizzazione dei metalli pesanti OH Na+ Esempi di compositiNa+ realizzati con le polveri inertizzateO Silica OHH Na+ Na OH +

Dottorato di Ricerca Ingegneria Meccanica e Industriale STUDIO DELLA FATICA MECCANICA Dottorando: IN APPLICAZIONI Michele Ing. Cima INDUSTRIALI Relatore: prof. Luigi Ing. Solazzi In questo lavoro si vuole elaborare una serie di metodologie di calcolo per lo studio della fatica in applicazioni industriali reali sia ai fini della progettazione sia ai fini della verifica ed affidabilità dei componenti meccanici. In ambito industriale questo fenomeno di rottura meccanica è la causa principale dei cedimenti che si verificano con un innesco della cricca di fatica, la propagazione fino alla rottura per schianto del componente. E’ perciò importante per un progettista meccanico poter, tramite case study reali, definire procedure numeriche che possano essere utilizzate per valutare il fenomeno fisico. La fatica RANDOM abbraccia non solo la meccanica ma anche la statistica, l’acquisizione dati e il post processing. Si ha, quindi, una multidisciplinarietà del problema che lo rende complesso da studiare e da affrontare in modo sistematico. La volontà è proprio quella di poter sviluppare una metodologia di calcolo operativa «user frendly» ed affidabile per lo studio del fenomeno della fatica. Il primo case study analizzato riguarda una ruota per veicoli industriali. WORKFLOW DI LAVORO: 1. Acquisizione dati, 2.C  aratterizzazione del materiale; 3.E  laborazione dati; 4. Applicazione di un criterio, 5fa.t Ciacalc olo del danno di

Dottorato di Ricerca Ingegneria Meccanica e Industriale PROGETTAZIONE LINEE DI FASCIO E Dr.ssa Antonietta Donzella DEPOSITO BERSAGLI ESAUSTI IN UNA Relatore: Prof. Aldo Zenoni “FACILITY” PER FASCI RADIOATTIVI, Tutor: Stefano Pandini CONTENIMENTO DEL RISCHIO E IMPATTO RADIOATTIVO Progetto SPES Laboratori Nazionali di Legnaro – Padova Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) Il progetto ha lo scopo di realizzare una “facility” di seconda generazione per la produzione di fasci di ioni radioattivi (RIB) Il cuore dell’apparato di SPES e nel contempo l’elemento più critico del progetto è il bersaglio di produzione dei frammenti radioattivi accoppiato alla sorgente di ioni (TIS unit). A causa degli stress termo-meccanici e del danneggiamento per effetto degli intensi campi di radiazione, dopo 15 giorni di funzionamento nel bunker le TIS unit devono essere sostituite. Una volta rimosse, a Veicolo TIS unit LINEAIPLRO TBONUICNA KER DI SPERSIB Dispositivo causa della radioattività automatico di manovra residua le TIS unit devono essere immagazzinate in verticale un deposito temporaneo per cinque /sei anni prima di poter essere smaltite deposito temporaneo !   Ottimizzare le strutture del deposito (spessore dei muri, schermi di piombo, porte ...) per ridurre i livelli di radioattività a valori di riferimento compatibili con la presenza umana all’esterno del locale !  Attuare strategie di contenimento del rischio da radiazioni in caso di intervento all’interno del locale !  Calcolare lo spessore dello schermo in Pb per il trasporto delle TIS unit alla cella calda di smaltimento Mappe di rateo di dose calcolate Rateo di dose in funzione del tempo per il design finale del deposito per diversi spessori di piombo Equivalent dose rate (µSv/h) Interno del deposito 44 1E-6 1E-4 1E-2 1 1E2 1E4 1E6 19 17 1E-1 1E2 1E4 1E6 12 y <10 µSv/h per 2 cm di Pb 3.2 0.33 x0.16 0.11 0.62 0.88 Corridoio esterno <1 µSv/h

Dottorato di Ricerca Ingegneria Meccanica e Industriale Robotica e Additive Manufacturing La sostanziale assenza di forze di interazione fra Dr. Kevin Castelli l’utensile e il pezzo in lavorazione permette di considerare l’uso di manipolatori robotici nei sistemi di Relatore: prof. Hermes Giberti produzione additiva. In particolare i robot possono essere utilizzati per la movimentazione dell’estrusore, TUTOR: prof. Giovanni Legnanidel pezzo in fase di realizzazione o di entrambi. Robot antropomorfo Mitsubishi con estrusore a Per sfruttare la flessibilità operativa offerta dai filo (sinistra e centrale) e robot PKM per stampa manipolatori è necessario ripensare le fasi produzione di feedstock alla base di un processo di stampa 3D standard. Ad esempio disporre di 2 gdl rotazionali in aggiunta ai 3 traslazionali permette di immaginare strategie di deposizione che vadano oltre la logica ‘’layer by layer’’. In figura è riportato un manipolatore a 6 gdl attrezzato con un estrusore fdm e in grado di depositare materiale orientando l’ugello dell’estrusore in funzione della direzione di deposizione. Il progetto di ricerca si muove all’interno di questo scenario e indaga Esempio di stampa con supportosulle possibilità offerte dall’introduzione di manipolatori robotici per e risultato dell’algoritmo sviluppatola produzione additiva. In particolare affronta tre nuclei tematici: •s  viluppo di nuove strategie di slicing in funzione dell’architettura per slicing di stampe con ugellorobotica, della dimensione del componente da realizzare e della orientabileresistenza richiesta allo stesso. • Sviluppo di nuovi tool di produzione, in particolare estrusori per materiale in forma di pellet. •S  viluppo del layout ottimale della cella robotica per produzione additiva analizzando la possibilità di utilizzare più manipolatori anche collaborativi. L’obiettivo è quello di valutare la possibilità di intervenire durante la produzione per effettuare correzioni (pulizia del l’area di lavoro) e manipolazioni (lavorazioni addizionali, inserimento strutture di rinforzo e componentistica). metallo PLA Durante il primo anno di dottorato sono stati affrontati i seguenti cemento punti: -A  nalisi della letteratura scientifica sull’argomento robotica applicata all’additive manufacturing - Studio file stl e sviluppo di un software per la generazione di traiettorie secondo logica ‘’layer by layer’’ e non - Sviluppo di un Sistema di stampa robotica basata su robot Mitsubishi e estrusore fdm per effettuare le prove sperimentali

Dottorato di Ricerca Ingegneria Meccanica e IndustrialeEFFETTO DEI FATTORI AMBIENTALI E Ing. Nicola ZaniTERMICI SUL DANNEGGIAMENTO DI Relatore: Prof. Angelo MazzùRUOTE FERROVIARIE INFO: [email protected] FINANZIATA DA LUCCHINI RS, Lovere (BG)CASO DI STUDIO In ambiente asciutto, le ruote ferroviare sonosoggette principalmente a due fenomeni di danneggiamentocompetitivi: fatica per contatto ciclico (RCF) ed usura. Fattoriambientali (sabbia e acqua) e termici (elevate temperatureraggiunte in fase di frenatura) possono ulteriormentecondizionare la vita di questi componenti.OBIETTIVO Il progetto di dottorato si propone di analizzare tali fattori con l’ausilio dell’analisi aglielementi finiti (FEM) confrontando inoltre il comportamento dei diversi materiali in commerciocon cui sono realizzate le ruote.FASI OPERATIVE MODELLO AGLI ELEMENTI FINITI RUOTA REALE RUOTA SABBIA DISCUSSIONE RISULTATI FEM E ROTAIA CONFRONTO CON DATI SPERIMENTALI RISULTATI ANALISI FEM DUREZZA MATERIALE SECCOStrumenti impiegati: SABBIA• Microscopio ottico;• Tribometro;• Durometro.

Dottorato di Ricerca Ingegneria Meccanica e Industriale Co-designed experiments, Dr./Ing. Buket Boz modelling, and simulations of Relatore: Prof. Alberto Salvadori innovative Li-ion batteries & Prof. Jennifer L. Schaefer (University of Notre Dame) Co-Advised by the University of Notre Dame -USA !  Co-designed modelling and experimental investigation of ion transport and rate performance of electrodes.!  Multiscale and multi physics modelling of Li-ion batteries!  Computational simulations of Li-ion batteries through Abaqus (Fortran UEL) and deal.ii (C++ code)!  Application to thick electrodesFigure 1: Governing equations in terms of mechanics and chemical processFigure 2: Charge and discharge mechanism Figure 3: Microstructure of Li-ion Battery

Dottorato di Ricerca Ingegneria Meccanica e Industriale The Enterprise 4.0 paradigm: Ing. Ting Zheng An international benchmark Relatore: BORSA FINANZIATA DA MIUR Prof. Andrea Bacchetti Tutor: Prof. Nicola Saccani ABSTRACTLa ricerca ha lo scopo di avere una revisione allo stato dell'arte di Industria 4.0 da paesi con diverse caratteristiche industriali, e fare un confronto tra ciascuna entità, con l'obiettivo di trovare le migliori pratiche attraverso caso di studio intensivo e di conseguenza proporre potenziale quadro di riferimento manageriale per aiutare le aziende manifatturiere ad avere il riferimento di guida in un contesto globale altamente competitivo.BACKGROUND Industry development phase Industry 4.0 initiatives in different countries 18th Century 19th Century 20th Century Today National level strategies: Industry 1.0 Industry 2.0 Industry 3.0 Industry 4.0 Industrie 4.0 (2011)steam power as a electricity bringing computer-aided IT and OT applied to Smart Manufacturing USA (2012)source for moving the diffusion of engineering as the whole value The next wave of manufacturing old-fashioned faster means of enabler for flexible chain through the (2013)machines transport automation diffusion of internet Catapult-high value manufacturing (2014) Industrie du Futur (2015) Made in China 2025 (2015) Industrial value chain initiative (2015) Make in India (2015) Conestoga: Centre for smart manufacturing (2015) Industria 4.0 (late 2016)RESEARCH GAP AND QUESTIONS Lack of comparison Research Questions among different Research Gap Q1. How I4.0 are impacting the manufacturing enterprises countries concerning in the involved countries (e.g. Italy, Germany, China, US)? Need for an in-depth the adoption of I4.0 Q2. Are there any similarities and differences among Italy empirical study on technologies and the and other economies? I4.0 state-of-the-art in Q3. Can we find some best practices as benchmark? impacts of the the Italian different national Q4. Is it possible to provide a decision-support framework? manufacturing initiatives contextMETHODOLOGY AND PRELIMINARY RESSULTResearch Method Preliminary Result 75% ‘little awareness’ of I4.0 technologies for manufacturing enterprise in Czech Extensive Based on the empirical study Scarce Republic (Basl et al. 2017) on-line conducted in Italian knowledge level Even worse result for Croatian manufacturing survey enterprise since the average industry maturityStatistical manufacturing enterprises, a level lies in the state of 2nd industrial analysis further internationalized survey generation (Veza et al. 2016). Intensive case study is to be conducted by Attempted to connect I4.0 Absence of Low utilization comparing different with Industrial internal level industrialized countries, aiming Engineering education to search for the best practice through learning factory competency Higher lean utilization level will and providing managerial (Sackey et al. 2017) lead to higher implementation of reference framework. Try to understand if Italian I4.0 technology (Tortorella et al. 2017) engineering students are ready for I4.0 paradigm (Motyl et al. 2017) Less attention is put on Immature Quality as most Sustainability aspect impacted by technology development of important I4.0, e.g. resource efficiency, implementation barriers. technology as Benefits workload impact etc. (Beier et al. 2017) biggest obstacle

Dottorato di Ricerca Ingegneria Meccanica e Industriale The Friction Effect and Control Ing. Lei HAO Methodology in Robotic Dynamic Relatore: Model Prof. Giovanni Legnani FUNDED BY EFORT & EVOLUT TUTOR : Prof. Antonio VisioliAbstraction Per fornire un movimento di traiettoria migliore in modo preciso e scorrevole, occorre considerare tutti i movimenti di robot relativi alle forze, includendo la massa e la gravità per ciascuna parte di movimento. Inoltre, l'attrito di questi è considerato anche a causa della relativa legge del controllore motore e, cosa più importante, il consumo di energia del motore e il controllo della tentazione tra motore e riduttore. In questa ricerca, l'attrito verrà calcolato come parte del modello dinamico del robot, nonché l'effetto collaterale della temperatura in aumento. The robot dynamic modelThe robot dynamic is the study of the forces in the robot manipulator. With the accurate dynamic model matrix, the motor torque and rotation speed can be calculated with the requirement of balance between robot movement and motor output power. To provide the smooth and precise movement, the path and motion planning is important. Additionally, a calculation based the dynamic model for the massing changing is required for the better motor power output in real robot operation. Friction and Temperature RisingFriction is the force resisting the relative movement between two solid objects surfaces. Generally, there are two types of friction based the objects motion, static friction and dynamic friction. In robot movement, these two frictions both need be considered with the motor output control. Additionally, the temperature rising caused by friction in motion is focused.

Sviluppo di un metodo ibrido Alessia Fracassi RANS-LES per l’analisi Relatore: Prof. Antonio Ghidoni Finanziato da Industrie Saleri Italo S.p.A.fluidodinamica delle prestazioni di pompe centrifugheAbstract ApplicazioniLa ricerca ha come obiettivo l’analisi delle prestazioni di pompe centrifughe utilizzando la fluidodinamica In ambito industriale, negli uffici R&D sta diventando sempre piu` diffuso l’utilizzo della CFD. La CFDcomputazionale (CFD). Gli approcci CFD normalmente utilizzati per lo studio di queste macchine possono permette, infatti, di ottenere una stima delle prestazioni della macchina progettata, in maniera piu` rapida edpresentare delle limitazioni durante l’analisi di punti di funzionamento in off-design, caratterizzati da flussi economica rispetto al passato, evitando molto spesso la realizzazione di prototipi e di prove sperimentali.fortemente distaccati. Queste limitazioni possono essere superate da un approccio LES, che ad oggi, perapplicazioni industriali caratterizzati da elevati numeri di Reynolds, risulta ancora non fattibile per le risorse Figure 2: Schema di pompa centrifugadi calcolo richieste. Una soluzione alternativa puo` essere rappresentata dalla scelta di un approccio ibridoRANS-LES, che sfrutta i punti di forza di entrambi gli approcci, coniugando maggior accuratezza e tempi Figure 3: Griglia di una pompa centrifugadi calcolo accettabili. Nel corso di questo dottorato verra` implementato all’interno del software opensourceOpenFOAM il metodo ibrido XLES (eXtra Large Eddy Simulation), che verra` utilizzato per lo studio delflusso nelle pompe centrifughe prodotte dalle Industrie Saleri Italo S.p.A., che finanziano questo dottorato.CFDLa CFD (Computational Fluid Dinamic) e` una branca della meccanica che studia il moto dei fluidi attraversola risoluzione numerica delle equazioni di Navier-Stokes (NS): r · (⇢~u) = 0 ⇢@@~ut + ⇢(~u · r)~u = rp + µr2~u Nel caso di fluidi incomprimibili, le Eq. di NS permettono di conoscere la velocita` e la pressione in tutti ipunti del dominio di studio. La loro risoluzione numerica, nota come ”simulazione diretta” (DNS), risultaad oggi troppo dispendiosa per applicazioni di tipo industriale. Sono stati sviluppati degli approcci sem-plificati, i.e. RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes) e LES (Large Eddy Simulation). Questi approccisono ottenuti utilizzando due punti di vista differenti, che introducono due livelli di semplificazione e, diconseguenza, due livelli di precisione nella previsione del campo di moto.Metodi ibridiNell’approccio RANS le equazioni di Navier-Stokes sono mediate su un periodo di tempo, sufficientementepiccolo rispetto al tempo caratteristico delle variazioni dei fenomeni da analizzare. Risolvendo le equazionisi ottengono delle grandezze medie che non contengono le informazioni delle fluttuazioni del campo, chesono associate ad un flusso di tipo turbolento. Esse vengono modellizzate. Nell’approccio LES si studia un flusso come composto da diversi vortici (eddy) di diverse dimensioni. Glieddy piu` grandi caratterizzano e differenziano i vari flussi e sono descritti dalle equazioni, mentre quelli piu`piccoli, uguali in tutti i flussi, sono modelizzati.Figure 1: Isosuperficie di intensita` di turbolenza calcolata con RANS (left) e X-LES (right), per un cilindro Figure 4: Campo simulato di perssione [P a · m3/kg] (sx) e di velocita` [m/s] (dx) in una pompa centrifugacircolare a numero di Reynolds Re = 105 Obiettivi Le simulazioni LES garantiscono una maggiore accuratezza dei risultati, soprattutto per flussi separati etransizionali, ma richiedono lunghi tempi di calcolo, dovuti alla necessita` di utilizzare un reticolo di calcolo • Validare i metodi ibridi presenti in OpenFOAM su alcuni casi test presenti in letteratura, confrontandomolto fitto nella zona vicino a parete. L’idea chiave dei metodi ibridi e` quella di unire i due approcci prece- i rislutati ottenutidenti, utilizzando le RANS vicino a parete, che permettono di predire in maniera corretta il flusso con uncosto computazionale ridotto, e la LES nelle zone lontane da parete e di forte distacco. • Implementare in OpenFOAM il metodo ibrido XLES e confrontarlo con altri metodi ibridi, e con ap- procci LES e RANS, in termini di accuratezza del risultato e tempi di calcolo • Applicare il metodo ibrido XLES allo studio delle pompe centrifughe dell’industria Saleri, con- frontando i risultati con i dati a disposizione dell’azienda, i.e. dati sperimentali e risultati di simulazioni RANS, per valutare i vantaggi dei metodi ibridi anche in campo industriale

Dottorato di Ricerca Ingegneria Meccanica e Industriale Microalgae production and pH Ing. Enrique Rodríguez event-based control systems Relatore: prof. Antonio Visioli Tutor: Claudio Carnevale Le microalghe hanno un grande potenziale per produrre sostanze preziose per l’industria Food alimentare e farmacéutica, così come altre applicazioni come la mitigazione della CO2, il trattamento delle acque reflue e la produzione di biocarburanti che possono aiutare a risolvere gli attuali problema ambientali nel prossimo futuro. Microalgae process scheme Microalgae perform photosynthesis and grow CO2 Valuable products Flue gases injections in Event-based control systems keep the Biofuel the raceway reactor pH in the optimum values injecting reduce the environment CO2 only when it is necessary emissions The study of microalgae has been revealing since Another advantage that is currently gaining some years the benefits that have its production. strength is the production of microalgae from One of the main products that can be obtained wastewater, which would allow to clean the from its cultivation is biofuel, which would water while ensuring the growth of microalgae. reduce the current surface and crop fields for its It is necessary to develop models that adjust and production. faithfully show the process dynamics, which are Also, the process of photosynthesis of subject to multiple disturbances such as solar microalgae consumes CO2, therefore, using flue radiation, pollutants, temperature, etc. gases of industries could reduce the emissions to The development of control methods, as event-the atmosphere. based control, allow the production of microalgae to be feasible, less expensive and simplier.

Dottorato di Ricerca Ingegneria Meccanica e IndustrialeMODELLIZZAZIONE, DIMENSIONAMENTO EOTTIMIZZAZIONE DI SISTEMI DIESSICAZIONEBorsa finanziata da SCOLARI Srl, Via Romiglia 2, 25050, Paderno Ing. Anis MustaphaFranciacorta BS Relatore: prof. Pietro PoesioObiettivoIl processo di essicazione è uno dei processi industriali più frequenti e antichi, e rappresenta ilnucleo di varie industrie (chimiche, farmaceutiche, civili, e particolarmente alimentari). Ilprocesso è composto da una serie di operazioni che coinvolgono scambi di massa e di calore perabbassare il contenuto umido dei prodotti per soddisfare alcuni requisiti (prolungamento delladurata di conservazione, l’abbassamento dei costi di trasporto dei prodotti...), ed è talmentecomplicato e costoso e coinvolge alcuni component principali: Ventilatori, scambiatori di calore,filtri… Perciò il motivo della ricerca è lo studio dei vari component di un sistema di essicazionecon l’obiettivo di ottimizzarlo e migliorarlo sia dal punto di vista energetico che dal punto di vistaeconomico.Ventilatore Energia elettrica? Essicatoio Filtri aria Scambiatori di calore Dimensioni? Materiali? • Aria-aria? • Acqua-aria? Scambiatori a contatto • Camera di combustione? indiretto • Torre di raffreddamento (a contatto diretto)?Torre di raffreddamento • Dimensioni? • Coefficienti di scambio? • Efficienza?

Dottorato di RicercaIngegneria Meccanica e IndustrialeScambio termico in microcanali in Dott. Dario Giuseppe Urbanomiscele con decomposizione Relatore: prof Adriano Maria LezzispinodaleBORSA COFINANZIATA daPRIN 2015 Clean Heating and Cooling Technologiesfor an Energy Efficient Smart GridDECOMPOSIZIONE SPINOIDALELa decomposizione spinoidale è un meccanismotramite il quale una miscela di due o più compostipuò separarsi in regioni (o fasi) con diverseproprietà chimiche e fisiche.Avviene in modo omogeneo su tutto il dominio enon solamente in alcuni punti di nucleazionediscreti. Separazione di fase e accrescimento dei domini Acetone - Esadecano • Acqua – Trietilammina (TEA)MI Acqua – trietilammina, LCSTS miscela usata per refrigerareCELE Acetone – esadecano, UCST miscela usata per riscaldare MIGLIORAMENTO SIGNIFICATIVO DELLE PERFORMANCE DI SCAMBIO TERMICO Componenteda raffreddare Acqua + TEA

Dottorato di Ricerca Ingegneria Meccanica e Industriale MODELLAZIONE NEL CAMPO MECCANO-BIOLOGICO 1DIMI (Dip. di Ingegneria Meccanica e Industriale). Dr. Mattia Serpelloni 2DICATAM (Dip. di Ingegneria Civile, Ambiente, Territorio, Architettura e Relatori: prof./dott. Alberto Salvadori & Matematica). prof./dott. Gian Paolo Beretta 3DMMT (Dip. di Medicina Molecolare e Traslazionale) dell’Università degli Studi di Brescia Il mio progetto di ricerca si concentra sul tema della MECCANO-BIOLOGIA su problemi del tipo: !  sviluppo di materiali per l’ingegneria !  sviluppo di modelli bio-meccanicitissutale, come gli HYDROGELS, in per lo studio dell’ANGIOGENESI, in collaborazione con: collaborazione con: A. Salvadori1,2, S. Agnelli1. V. Damioli1, G. P. Beretta1 , A. Salvadori1,2, C. Ravelli3, S. Mitola3. MECCANICA DEGLI HYDROGELS MODELLO BIO-MECCANICO DELLE CELLULE VIVE Figura 1: Prova sperimentale su un hydrogels. Figura 2: Angiogenesi tumorale. Figura 3: Simulazione numerica della prova sperimentale mostrata Figura 4: Simulazione numerica del comportamento meccanico di una nella Figura 1. cellula endoteliale. Tra i possibili materiali sintetici, gli hydrogels sono i L'angiogenesi è la formazione di nuovi vasi sanguigni più vicini ai tessuti naturali (poiché contengono grandi da altri esistenti. Questo processo, che viene attivato quantità di acqua) ed hanno un comportamento come reazione rapida all'ipossia (carenza di ossigeno) costitutivo viscoelastico. o all’ischemia (riduzione del flusso sanguigno in una Un esempio di applicazione di hydrogels in campo regione del corpo, con conseguente affaticamento del medico è il loro uso nel trattamento di ferite o lesioni tessuto), è essenziale per lo sviluppo di eventi croniche che richiedono una medicazione costante. fisiologici come la crescita embrionale, i processi di riparazione dei tessuti, ma anche di eventi patologici come arteriosclerosi, retinopatia e tumori. ! Le simulazioni numeriche sopra mostrate sono state eseguite tramite i software Abaqus (Fortran UEL) e deal.ii (codice C ++).

PROPOSTE DI RICERCA APPLICATA ! Nuovi PROCESSI DI ESTRAZIONI DI SOSTANZE ESSENZIALI, a basso impatto ambientale, per impiego a scopo alimentare o cosmetico. !N  uove BIOPLASTICHE derivate da rifiuti agricoli. !S  viluppo di un nuovo metodo per la QUANTIFICAZIONE DEL RISCHIO DI FORNITURA. ! Studio e ottimizzazione di FORNI. !C  OLATA DI FLUIDI POLIMERICI. ! Creare e validare MODELLI CHIRURGICI IN MATERIALE POLIMERICO stampato per additive manufacturing per il training chirurgico preclinico. !U  tilizzo di NANOCARICHE IN SISTEMI ELASTOMERICI per il miglioramento delle prestazioni di componenti. ! RICICLO degli scarti di lavorazione della gomma. !I  ncremento della PRODUTTIVITÀ e della QUALITÀ DI PRODUZIONE in impianti manifatturieri ad altissima cadenza produttiva. !M  essa a punto di sistemi polimerici a memoria di forma per tecnologie di “ADDITIVE MANIFACTURING\". !E  strusore da banco per fabbricazione di filamenti per STAMPA 3D !S  viluppo di FILI IN MATERIALI AVANZATI per la stampa 3D ! Sviluppo di una stampante 3D per la FABBRICAZIONE DI DISPOSITIVI MEDICI in silicone biocompatibile. ! Fabbricazione di micro-canali mediante stampa 3D per applicazioni quali MICROFLUIDICA O LAB-ON-CHIP. ! RUN-OUT IN MICROFRESATURA !S  viluppo di MICRO FRESE per la realizzazione di Lab-on-Chip ! Sviluppo di SISTEMI DI MISURA PER MICRO LAVORAZIONI ! LASER DECOATING ! LASER TEXTURING for advance surface properties ! TOPOLOGY OPTIMIZATION in Additive Manufacturing