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Experimental Testing and Nonlinear Viscoelastic Modeling of Filled Rubber
No full textOwing to its unique physical properties, rubber plays a keyrole in countless industrial applications. Tires, vibration absorbers and shoe soles are only but a few of the myriad uses of natural and synthetic rubber in an industry which in 2009 had an estimated market value of 2 billion euro.
Despite a peculiar internal structure, the macroscopic behavior of filled-rubber is reminiscent of several biological soft tissues. While rubber is internally constituted by flexible long chain molecules that intertwine with each other, a similar role is played, in soft-tissues, by
collagen fiber bundles. As a consequence, both classes of materials are able to sustain large strains and exhibit the characteristics of a viscous fluid and an elastic solid.
In industry, the requirement to model complex geometrical structures made of materials
exhibiting a nonlinear constitutive behavior is a compelling reason to use Finite Element
Analysis (FEA) software. The predictive capabilities of these numerical tools strongly rely upon the capabilities of the underlying model to describe the material’s rheological properties.
The possibility of simulating accurately the material behavior over the entire working range avoids the use of excessive number of prototypes, thereby reducing the need for expensive and difficult experimental tests; consequently, development costs can be drastically reduced.
The theory of viscoelasticity is crucial in describing materials, such as filled rubber, which exhibit time dependent stress-strain behavior. In many engineering applications, such as the estimate of the rolling resistance of tires and hysteretic losses in soft biological tissues, the energy dissipation is a primary feature to be predicted. In addition, in the usual
operative range, tires, shock absorbers and other rubber components bear finite dynamic
deformations. Therefore, a reliable constitutive equation must be assessed within the theory of nonlinear viscoelasticity.
A review of the literature revealed significantly more well-established studies dealing with hyperelastic constitutive models, than those dealing with finite viscoelasticity.
Over the years, many hyperelastic models able to describe all the relevant aspects of
the quasi-static response have been introduced. Furthermore, the American norms (ASTM D412, ASTM D575, ASTM D945, ASTM D6147, ASTM D1456) establish all the experimental
techniques to identify the material constitutive parameters. In this context, many authors have recently addressed the problem of finite amplitude wave propagation or focused their interest upon particular boundary value problems.
On the other hand, there is a lack of well-established nonlinear viscoelastic models capable of describing all the relevant effects in the material response. Moreover, a standardization similar to that concerning the static norms is yet to be achieved. The usual methodology provides for small harmonic deformations superimposed on a large static displacement. However, such a prescription does not allow the capture of many of the relevant nonlinear phenomena. In the
literature, experimental evidence concerning finite dynamic deformations is rarely reported
Modeling and Numerical Simulation of Solid Rocket Motors Internal Ballistics
No full textIn the design and development of solid propellant rocket motors, the use of numerical tools able to simulate, predict and reconstruct the behavior of a given motor in all its operative conditions is particularly important in order to decrease all the planning times and costs.
This work is devoted to present an approach to the numerical simulation of SRM internal ballistic during the entire combustion time (ignition transient, quasi steady state and tail-off) by means of a Q1D unsteady numerical simulation model, named SPINBALL (Solid Propellant rocket motor INternal BALListic).
SPINBALL comes out from the updating and further development of the numerical, mathematical and physical models of the SPIT model (Solid Propellant rocket motor Ignition Transient), that allows to extend the numerical simulation of the SRM internal ballistic, from the ignition transient, to quasi steady state and tail-off.
SPINBALL core model is a quasi-1D unsteady gasdynamics model of the internal ballistic, with source terms that take into account the contribution to the bore flowfield conditions due to the igniter, the grain propellant and thermal protections.
The flow is assumed as a non-reacting mixture of perfect gases with space and time varying thermophysical properties (standard thermodynamics approach). The governing equations are discretized by a Godunov-type scheme, first or second order in space and time. The use of a such approach allows to consider the addition into the chamber due to both ablation phenomena from thermal protections and combustion reactions from the grain propellant, but even to take into account the equilibrium point of the grain propellant exothermic reactions, as function of the local pressure and the variation from that nominal condition, through the combustion efficiency.
This main model is completed by several sub-models, in order to describe all the driving phenomena that lead the internal ballistic for the entire combustion time: an igniter model, an heat transfer model for convection and radiation, propellant ignition criterion, a cavity model to account submergence and slot regions, a grain combustion model with the pressure term (APN model) and the erosive term (Lenoir-Robillard model with the modifications due to Lawrence and Beddini). Some of them coming from the SPIT model.
Focusing on the driving phenomena that characterize the internal ballistic over the ignition transient, it is known that, during quasi steady state and tail-off, the motor bore flowfield conditions are led mainly by the grain burning surface evolution in time and the possible nozzle throat area ablation phenomena.
The grain burning surface evolution model is a 3D numerical grain regression model (named GREG) based on a full matrix level set approach, on both rectangular and cylindrical structured grids, that gives to the gasdynamical model the evolution in time of port area, wet perimeter and burn perimeter along the motor axis and in the submergence zone.
The numerical scheme for the numerical integration of the Level Set equation is built from the strong link between Hamilton-Jacobi equations and conservation laws and it is a first or second order (minmod flux limiter and Heun's method) in time and space time marching scheme based of an exact Riemann solver.
The use of a 3D model is mandatory to carry out the grain burnback analysis in the case of general and complex 3D grain shapes, as finocyl grains, whatever bore flowfield dimensional model (0D or Q1D) is adopted.
GREG module can handle 3D complex geometries directly from CAD tools, building up its initial condition as a narrow signed distance function from STL (stereolithography) files of the grain propellant and the thermal protections and insulation shapes by a completely automatic procedure.
The grain burning rate can be variable, both in space and time.
The use of grain propellant shape symmetries is exploited with the setting up of mirroring, or periodic boundary conditions, reducing the computational costs.
The evaluation of the grain geometrical parameter, as areas, volumes and perimeters, is made with a robust second order regularization of the Dirac Delta and Heaviside functions to avoid the typical problems related with the use of the standard regularization techniques.
While potentially GREG module can be completely coupled with the Q1D unsteady flowfield model, in this work, we will consider a decoupling between the grain burnback model and the flowfield model, in order to reduce the computational cost required.
GREG model is, hence, used as a pre-processor that generates tables of pre-evaluated grain geometrical properties for a constant burning rate in time and space.
During the numerical simulation, these tables of port area, wet perimeter and burning perimeter are then interpolated using the local increment of the web variable, defined by the local grain burning rate, coming from APN and LR models.
The final objective is, hence, to develop an analysis/simulation capability of SRM internal ballistic for the entire combustion time, with simplified physical models, in order to reduce the computational cost required, but ensuring, in the meanwhile, an accuracy of the simulation greater than the one usually given by 0D quasi steady models.
In this framework, the comparison between the results obtained with a 0D quasi steady chamber model and SPINBALL will be made and the effects of the increased detail level of the internal ballistic simulation on the overall prediction capability will be discussed for three SRM: Z23 second stage of the new European launcher VEGA and two military motors, NAWC n. 6 and 13, on which there are different work in literature, and all motor data are available.
Comparisons with the experimental data and with other codes results will be also made
Analysis of echocardiographic movies by variational methods
No full textAnalysis of left ventricle echocardiographic movies by vari-
ational methods: a dedicated software for ECG and ECHO syn-
chronizations during cardiac cycles.
The image sequences elaboration, which represent our main topic, concerns the
identi cation of contours of an object for segmentation and study of its move-
ment over time.
A newer dynamic approach to the well-known static variational method for the
time-series medical echocardiographic images is presented, and a graphic soft-
ware applications for synchronization between cardiac movement and electric
signals (ECG) are developed.
Many approaches have been proposed to process time-series of digital images,
and it is di cult establish the most e ective one. Here we focus on PDE-based
and variational methods. Standard snake models of closed curve evolution, per-
taining to the Level-Set Method due to S. Osher and J. A. Sethian et al., have
been implemented to characterize the internal ventricular area over time. We
have applied standard nite di erence techniques for the approximation solu-
tion of the involved eikonal equations for front evolution. Well-known techniques
of Gaussian regularization, such as heat equation, have highlighted the loss of
de nition of ventricular edge. Thus we now present a numerical frame pre-
processing technique, based on a variational model, that consists of functional
minimization with a Mumford-Shah (M-S) time-dependent energy term, which
is suitable to enhance ventricular edge and regularize initial data for curve evo-
lution. This one, unlike the standard convolution with a regularizing operator,
allows to compute the bright-intensity gradient of the image for velocity term
of the curve evolution.
We show the formulation of the standard model problem for image segmenta-
tions by curve evolution and a newer approach of pre-treating model by func-
tional minimization. The applicability of the resolution method is discussed and
an open mathematical problem for a new functional involving time-dependence
are presented.
Finally we describes the digital format of movies, the adaptation of single frames,
the step which characterize the elaboration protocol, the quality of the results
obtained with the preprocessing on a test problem. We additionaly describe
the choice and implementation of reduced numerical methods in the real case
and their computational cost. We compare results obtained by various pre-
processing methods on identi ed areas, the curve evolution beyond the edge,
ventricular area his trends over time and the evaluated Ejection Fraction. The
implemented graphic application is presented, as well as the principal use of the
signal-synchronizing software
STUDIO RANDOMIZZATO IN DOPPIO CIECO SULL’EFFICACIA E SICUREZZA DEI CLISMI DI ALOE VERA GEL CONTRO PLACEBO NELL’INDUZIONE DELLA REMISSIONE CLINICO-ENDOSCOPICA IN PAZIENTI AFFETTI DALLA RETTOCOLITE ULCEROSA ATTIVA DISTALE DI GRADO LIEVE-MODERATO
No full textEndpoint primario di questo studio è stato quello di confrontare l’efficacia dell’Aloe Vera gel assunta per via rettale contro placebo, nell’indurre la remissione clinica ed endoscopica della RCU distale attiva di grado lieve-moderato.
Endpoint secondari sono stati: la risposta clinico-endoscopica ai trattamenti, la remissione istologica e la tollerabilità locale e/o sistemica dei clismi di Aloe Vera gel.Società Farmaceutica Sofar S.p.A
ARCHITETTURE DEL LAVORO E PAESAGGIO: TIVOLI E LA VALLE DELL'ANIENE
No full textLa ricerca svolta riguarda le questioni relative allo studio delle trasformazioni di un paesaggio, alla sua analisi critica e al riconoscimento di valori e disvalori in funzione della sua comprensione e conservazione. Il tema, in particolare, verte sia sul nuovo rapporto che a seguito delle diffuse de-industrializzazioni si è instaurato fra natura - infestante e sublime al contempo - e ciò che era architettura o semplice edilizia produttiva, sia, e soprattutto, sul ruolo che il nuovo “intero” viene a svolgere nelle attuali visioni estetiche e sociali.
Lo studio vuole porre l’attenzione non tanto sugli aspetti progettuali e sul riuso di dette strutture, argomento interessante ma inflazionato, quanto sugli aspetti paesaggistici, sulle relazioni, dirette e mediate, fra struttura abbandonata e intorno, ristretto e allargato, urbano ed extraurbano, antropico e naturale, fino ad abbracciare, secondo percorsi non sequenziali, tutti i possibili punti di vista attraverso cui si osserva e percepisce integralmente il territorio.
Un paesaggio, un nucleo urbano, un territorio si presentano sempre come testimonianze uniche e originali e le architetture produttive in disuso assumono un nuovo significato: “luogo” da cui godere il paesaggio ed “elemento” caratterizzante e/o degradante il paesaggio medesimo.L’ambito di studio scelto è Tivoli e il suo affaccio sulla valle dell’Aniene.
Il sito presenta importanti spunti di studio; primo fra tutti l’approfondimento del reciproco rapporto fra settori produttivi a piccola portata - come mole, opifici e cartiere - ed a lunga portata - come la produzione elettrica - e del loro impatto rispetto alla struttura urbana e territoriale.
Altrettanto interessante è la possibilità di riflettere sul rapporto che si viene a instaurare fra la struttura del territorio, l’elemento acqua - con la doppia valenza produttiva e paesistica - e l’elemento produttivo.
È un esempio notevole di quel rapporto fra emergenza naturale, emergenza architettonica, edifici produttivi ed osservatore che è alla base del concetto di paesaggio.La metodologia di approccio proposta rappresenta una reinterpretazione del modello paesaggista, in genere indirizzato verso ambiti piuttosto allargati e impegnato principalmente su aspetti biofisici e territoriali, mediata dalle conoscenze e dall’approccio di tipo storico critico, in genere interessato ad ambiti estremamente ridotti e più concentrato su aspetti storico spaziali.Poste le premesse riguardo alle definizioni di “paesaggio” e “architettura produttiva”, come prima operazione per la definizione dell’ambito paesaggistico si è reso necessario un approfondimento della natura geo-morfologica e della struttura territoriale - baratri tiburtini - puntando l’attenzione su quella singolarità - sistema fiume - che rende questo ambito di paesaggio unico e irripetibile.
Un lavoro di ricerca bibliografico e documentario ha consentito di organizzare in ordine temporale la rete di eventi che hanno interessato l’area. Questa operazione, oltre all’inserimento in un continuum storico di quegli avvenimenti normalmente classificati come eccezionali, ha permesso la comprensione di ogni sequenza formale attraverso la quale è possibile mettere in risalto la coerenza interna degli eventi
GRANDI EVENTI, TRASFORMAZIONI TERRITORIALI E COMPETITIVITA’ INTERNAZIONALE
No full textIl presente lavoro prende le mosse dalla constatazione che un numero sempre maggiore di città competono alle differenti scale per accaparrarsi la possibilità di ospitare eventi in genere, ma soprattutto quelli che vengono definiti, anche in letteratura, come grandi eventi.
Identificate le domande chiave che hanno guidato la ricerca, con il presente lavoro si è cercato di concentrarsi su una definizione di evento quanto più esauriente possibile e che tenesse soprattutto conto delle differenze di scala, degli impatti e delle molteplici tipologie. Si è cercato, inoltre, di delineare una panoramica sull’attuale scenario e mercato degli eventi a livello globale. Infine si è affrontata la tematica dei Giochi Olimpici, quali grandi eventi per eccellenza, attraverso il focus di due casi studio. Il primo, Barcelona 1992, considerato da molti esempio di caso di successo, tanto da venire spesso citato come modello. Il secondo, Beijing 2008, che ha avuto una grandissima risonanza e sembra aver riscosso un enorme successo, ma i cui impatti sono ancora da stabilire.
Altre problematiche collaterali, con cui ci si è confrontarti sono gli effetti, sui sistemi territoriali e sulla popolazione di una sbagliata politica degli eventi. Tali tematiche sono affrontate attraverso tutto il lavoro, cercando di fornire delle possibili risposte e spunti di riflessione. In particolare si esaminano le conseguenze di tali politiche nei paesi in ritardo economico. Paesi nei quali i servizi, le strutture e le infrastrutture necessari per la realizzazione di grandi eventi, nel dopo evento non trovano un reale utilizzo, poiché la domanda interna di tali facility e servizi non è ancora abbastanza consolidata
Metabolismo fermentativo nel lievito K.lactis: regolazione ossigeno-dipendente e autoregolazione del gene KlPDC1
No full textNel lievito non convenzionale Kluyveromyces lactis, il gene KlPDC1 codifica per l'unica piruvato decarbossilasi, che catalizza la prima reazione della via fermentativa, la conversione del piruvato in acetaldeide. KlPDC1 è soggetto a diversi meccanismi di regolazione trascrizionale, tra cui l'induzione da glucosio, la repressione da etanolo e la regolazione ossigeno-dipendente; inoltre, il gene KlPDC1 è soggetto ad autoregolazione, un meccanismo di regolazione feedback in cui la proteina Pdc1 reprime la propria espressione.
Il presente lavoro di dottorato ha avuto come oggetto lo studio di due di questi meccanismi: l'autoregolazione e la regolazione ossigeno-dipendente.
Secondo il modello da noi elaborato, nel meccanismo di autoregolazione la proteina Pdc1 interagisce con l'attivatore trascrizionale Rag3, impedendone il legame al promotore di KlPDC1 e determinando una diminuzione dell'espressione del gene. L'interazione fisica tra le due proteine è stata dimostrata attraverso esperimenti di co-immunoprecipitazione e saggi two hybrid, mentre è ancora da chiarire quale sia il compartimento cellulare (nucleo o citoplasma) in cui ha luogo tale interazione. Esperimenti di real time pcr hanno permesso di rilevare delle variazioni nei livelli di espressione di RAG3, a seconda delle fonti di carbonio disponibili.
Per quanto riguarda la regolazione ossigeno-dipendente, non sono ad oggi noti regolatori trascrizionali responsabili dell'induzione ipossica (o repressione da ossigeno) dell'espressione di KlPDC1. Al fine di identificare tali regolatori, si è proceduto seguendo, in parallelo, due diversi approcci: il primo ha previsto l'identificazione di omologhi di sequenza aminoacidica di regolatori coinvolti nella risposta all'ossigeno in Saccharomyces cerevisiae. Sono stati scelti gli omologhi di Rox1 e Mot3, repressori di geni ipossici in condizioni normossiche, e l'omologo di Mga2, che induce l'espressione di geni ipossici in risposta alla diminuzione di ossigeno. Sono stati ottenuti in K. lactis mutanti delezione per ciascuno dei tre geni, in modo da poter studiare sia gli effetti di ciascuna delezione sulla crescita di K. lactis, sia l'eventuale coinvolgimento di KlRox1, KlMot3 o KlMga2 nella regolazione dell'espressione di PDC1.
Il secondo approccio adottato ha previsto la costruzione di due ceppi di opposto mating type recanti la fusione tra il promotore di KlPDC1 e il gene reporter lacZ. Tali ceppi sono stati sottoposti a mutagenesi random ed in seguito a screening su piastra per identificare i mutanti dell'induzione ipossica (o della repressione da ossigeno); è stato così possibile isolare un mutante, denominato CSK-27, in cui non si ha un incremento dell’espressione di KlPDC1 in ipossia, mentre i livelli di espressione normossici di tale gene sono identici al ceppo selvatico. E’ stato verificato che la mutazione contenuta in CSK-27 è allelica al gene RAG4, che codifica per l’unico sensore del glucosio in K. lactis. Ad oggi, non vi sono dati in letteratura che documentino un coinvolgimento di Rag4 nella regolazione ossigeno-dipendente dell’espressione di KlPDC1.MIUR (Prin 2006