POLITesi - Archivio digitale delle tesi di laurea e di dottorato (Politecnico di Milano)
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4-Point Contact Slewing Bearings: development of a dynamic model variant and experimental validation campaign
No full textLAUREA MAGISTRALEI cuscinetti volventi a quattro punti di contatto, 4 – Point Contact Slewing Bearings (4PCSBs), sono un elemento meccanico di uso ricorrente. Nel caso specifico, si tratta di dispositivi di dimensioni medie o grandi progettati per applicazioni ove è richiesto l’orientamento del sistema meccanico di cui essi fanno parte. Per esempio, si possono trovare all’interno di radiotelescopi, gru, dispositivi di tracciamento solare e turbine eoliche. Tale tipologia di cuscinetto è da tempo oggetto di studio nel Dipartimento di Ingegneria Meccanica dell’Università dei Paesi Baschi (EHU), dove il lavoro di tesi è stato svolto durante un soggiorno accademico. Nel dettaglio, questa tesi è incentrata sulla modellazione di una variante del modello analitico utilizzato per descrivere la dinamica del sistema in studio. A questo risultato si affianca poi una parte sperimentale, nella quale i dati provenienti dai test vengono raffrontati ai risultati dei modelli analitici, sia quelli di riferimento già esistenti sia le nuove varianti.
Lo sviluppo della variante del modello analitico consiste nell’aggiunta dei gradi di libertà delle sfere tra gli anelli del cuscinetto, che nel modello di riferimento sono in principio ragionevolmente trascurate. Ne segue che ogni sfera non è più accoppiata al moto relativo tra anello interno ed esterno del cuscinetto, ma presenta due gradi di libertà indipendenti; uno radiale e uno assiale. Questa modifica al modello analitico permette da un lato di verificare che le assunzioni fatte nel riferimento siano corrette e dall’altro di esplorare nuovi casi che si configurano al di fuori di tali assunzioni. A seguito della parte di modellazione analitica, il lavoro di tesi presenta poi una parte sperimentale. Nei laboratori dell’Università dei Paesi Baschi è stato possibile eseguire i test modali su un campione reale di cuscinetto volvente a quattro punti di contatto. Tali test hanno permesso la validazione dei modelli analitici precedentemente sviluppati.
Il risultato principale di questa tesi è l’approfondimento di aspetti innovativi nell’ambito della modellazione di cuscinetti a quattro punti di contatto, con tanto di validazione sperimentale. Ciò detto, i risultati ottenuti vanno visualizzati nel più ampio lavoro di investigazione del Dipartimento di Ingegneria Meccanica dell’Università dei Paesi Baschi (EHU), in cui questo lavoro di tesi si inserisce.Four-point contact slewing bearings (4PCSBs) are a mechanical element of recurring use. In this specific case, they are medium- to large-sized devices designed for applications where the orientation of the mechanical system of which they are part is required. For example, they can be found inside radio telescopes, cranes, solar tracking devices, and wind turbines. This type of bearing has long been a subject of study in the Department of Mechanical Engineering of the University of the Basque Country (EHU), where the thesis work was carried out during an academic stay. In detail, this thesis focuses on the modelling of a variant of the analytical model used to describe the dynamics of the system under study. This result is then accompanied by an experimental part, in which the data from the tests are compared to the results of the analytical models, both the existing reference ones and the new variants.
The development of the variant of the analytical model consists of the addition of the degrees of freedom of the balls between the bearing rings, which in the reference model are reasonably neglected in principle. It follows that each ball is no longer coupled to the relative motion between the inner and outer ring of the bearing, but has two independent degrees of freedom: one radial and one axial. This modification to the analytical model allows, on the one hand, to verify that the assumptions made in the reference are correct and, on the other, to explore new cases that are configured outside of these assumptions. Following the analytical modelling part, the thesis work then presents an experimental part. In the laboratories of the University of the Basque Country, it was possible to perform modal tests on a real sample of a four-point contact slewing bearing. These tests allowed the validation of the analytical models previously developed.
The main result of this thesis is the deepening of innovative aspects in the field of modelling of four-point contact bearings, with experimental validation. That said, the results obtained should be viewed in the broader investigation work of the Department of Mechanical Engineering of the University of the Basque Country (EHU), in which this thesis work is part
Constitutive modeling of 3D printed tough resin
Full text linkLAUREA MAGISTRALEQuesta tesi indaga il comportamento meccanico a grande deformazione e la
modellazione costitutiva di una resina commerciale fotopolimerizzata in vasca —
Anycubic Tough Resin Ultra — sottoposta a diverse velocità di deformazione e
temperature. È stata condotta una serie di prove sperimentali, tra cui trazione e
compressione uniaxiale, rilassamento degli sforzi e cicli di carico, in differenti
condizioni termiche, che hanno rivelato una marcata viscoelasticità, una dipendenza
dalla pressione idrostatica e un evidente effetto Mullins.
A partire da modelli fondamentali come Bergström–Boyce e il Three-Network
framework, sono stati valutati quattro modelli costitutivi: Ansys Bergström–Boyce,
Ansys Three Network, Abaqus PRF e PolyUMod Three Network Viscoplastic (TNV).
Tra questi, il modello PolyUMod TNV con effetto Mullins ha mostrato la migliore
accuratezza complessiva nel riprodurre i cicli di isteresi, la deformazione residua e
l’indurimento da deformazione. I parametri dipendenti dalla temperatura sono stati
ricavati in punti discreti e interpolati utilizzando l'infrastruttura multi-temperatura di
PolyUMod.
Il modello calibrato è stato implementato in LS-DYNA e validato tramite simulazioni
numeriche di carichi monotoni e ciclici in trazione, compressione e flessione a tre
punti. I risultati numerici hanno mostrato un buon accordo con i dati sperimentali,
confermando la robustezza del modello in un ampio range di condizioni.
Questo lavoro fornisce un modello costitutivo calibrato, fisicamente coerente ed
efficiente dal punto di vista numerico per resine fotopolimeriche ad alte prestazioni,
facilitandone l’utilizzo nella simulazione strutturale e nella progettazione
ingegneristica nel contesto della manifattura additiva.This thesis investigates the large-deformation mechanical behaviour and constitutive
modelling of a commercial vat-photopolymerized resin—Anycubic Tough Resin
Ultra—under varying strain rates and temperatures. A series of uniaxial tension and
compression, stress relaxation, and cyclic loading experiments were conducted across
multiple thermal conditions, revealing significant viscoelasticity, hydrostatic pressure
dependence and Mullins effect. Fracture surface analysis indicated that the material
predominantly operates in the glassy state, exhibiting nonlinear viscoelasticity with
limited plasticity.
Building upon foundational models such as the Bergström–Boyce and Three-Network
frameworks, four constitutive models were evaluated, including the Ansys
Bergström–Boyce, Ansys Three Network model, Abaqus PRF, and the PolyUMod
Three Network Viscoplastic (TNV) model. Among these, the PolyUMod TNV model
with Mullins effect exhibited the best overall accuracy in capturing hysteresis loops,
residual strain, and strain hardening. Temperature-dependent parameters were
extracted at discrete points and interpolated using PolyUMod multi-temperature
framework.
The calibrated model was implemented in LS-DYNA and validated through numerical
simulations of cyclic and monotonic loading both in tension, compression and Three
points bending. The simulation results showed good agreement with experimental
data, confirming the model’s robustness across a range of conditions.
This work provides a calibrated, physically-consistent, and numerically efficient
material model for tough photocurable resins, facilitating their use in structural
simulation and engineering design applications involving additive manufacturin
Corrections for k-w SST to account for wall roughness when coupled with a roughness-induced transition model
Full text linkLAUREA MAGISTRALELa presente tesi propone di analizzare gli effetti delle condizioni al contorno a parete per il modello di turbolenza k-w SST, in presenza di rugosità superficiale, quando accoppiato con un modello di transizione. L’estensione di Wilcox per tenere conto degli effetti della rugosità superficiale è comunemente impiegata; tuttavia, essa presenta note limitazioni in termini di accuratezza quando accoppiata con la formulazione SST di Menter, a causa dell’interferenza con il limiter di SST. Inoltre, le condizioni al contorno risultano avere un’influenza rilevante sul comportamento del flusso nella regione prossima alla parete. Per affrontare tale problematica, Knopp e Aupoix hanno proposto differenti correzioni per la rugosità nel caso di flussi turbolenti, con l’obiettivo di migliorare l’accuratezza nella regione logaritmica.
In questo lavoro, un modello di rugosità superficiale che estende il modello di transizione di Langtry-Menter è stato implementato nel codice in SU2, al fine di rappresentare in maniera più completa gli effetti della rugosità per flussi transizionali. Il modello è stato validato mediante test case 2D, sia su una lastra piana che su profili alari. Inoltre, le correzioni proposte da Knopp e Aupoix sono state implementate in SU2, validate su una lastra piana completamente turbolenta, e confrontate con l’estensione di Wilcox in termini di effetti sulla transizione, una volta accoppiate con il modello di rugosità implementato. La metodologia è stata infine estesa a un caso realistico, volto alla previsione del comportamento allo stallo di un profilo alare per turbine eoliche (NREL-S814) in condizioni di elevata rugosità. I risultati ottenuti indicano che l’utilizzo di limitatori per la viscosità turbolenta migliora significativamente la robustezza del modello e l’accuratezza nella previsione della separazione del flusso e dei coefficienti aerodinamici in queste condizioni.The present thesis aims to investigate the effects of rough-wall boundary conditions for k-w SST, when coupled with a transition model. The standard Wilcox extension for rough walls is commonly used; however, it presents known accuracy limitations when combined with Menter's Shear Stress Transport formulation, because of the interference with the SST limiter, and the boundary conditions appear to have a major influence on the behaviour of the flow in the near-wall region. To address this issue, Knopp and Aupoix have introduced various roughness corrections for fully turbulent flows, aiming to enhance accuracy in the logarithmic region.
In this work, a surface roughness model that extends the Langtry-Menter transition model has been implemented into SU2, to represent the effects of roughness on transitional flows comprehensively. This model has been validated against 2D test cases, including flat plate and airfoil configurations. Furthermore, the Knopp and Aupoix corrections have been implemented into SU2, validated on a fully turbulent flat plate, and their effects on transition have been compared to the Wilcox extension, when coupled with the roughness model. The methodology is further extended to a realistic case involving the prediction of stall behaviour on a wind turbine airfoil (NREL-S814) under high roughness conditions. The results indicate that using eddy viscosity limiters significantly enhances model robustness and accuracy in predicting flow separation and aerodynamic coefficients under these conditions
Trajectory reuse in policy gradients
No full textLAUREA MAGISTRALEPolicy gradient (PG) sono una classe di algoritmi di reinforcement learning particolarmente efficaci, soprattutto
nei problemi di controllo continuo. Questi metodi apprendono i parametri di politiche parametriche tramite
stochastic gradient ascent, utilizzando tipicamente dati di traiettorie on-policy per stimare il gradiente della
politica. Tuttavia, questa dipendenza da dati sempre nuovi li rende inefficienti in termini di campioni. In effetti,
i metodi PG vanilla richiedono O(ε^(-2)) traiettorie per raggiungere un punto stazionario ε-approssimato. Una
strategia comune per migliorare l’efficienza è riutilizzare informazioni off-policy da iterazioni precedenti, come
gradienti o traiettorie. Sebbene il riutilizzo dei gradienti abbia ricevuto molta attenzione teorica, portando a
tassi migliorati di O(ε^(-3/2)), il riutilizzo delle traiettorie passate rimane in gran parte inesplorato dal punto di
vista teorico.
In questo lavoro, forniamo la prima evidenza teorica rigorosa che un ampio riutilizzo di traiettorie off-policy
passate può accelerare significativamente la convergenza nei metodi PG. Introduciamo una correzione tramite la
power mean nello stimatore a multiple importance weighting e proponiamo RPG (Retrospective Policy Gradient),
un algoritmo PG che combina traiettorie vecchie e nuove per aggiornare la politica. Tramite una nuova analisi,
dimostriamo che, sotto ipotesi consolidate, RPG raggiunge una complessità campionaria pari a O(ε^(-1)), il miglior
tasso noto in letteratura. Validiamo inoltre empiricamente il nostro approccio confrontandolo con metodi PG
che raggiungono i migliori tassi noti.Policy gradient (PG) methods are a class of effective reinforcement
learning algorithms, particularly when dealing with continuous control problems.
These methods learn the parameters of parametric policies via stochastic gradient
ascent, typically using on-policy trajectory data to estimate the policy gradient.
However, such reliance on fresh data makes them sample-inefficient. Indeed, vanilla
PG methods require O(ε^(-2)) trajectories to reach an ε-approximate stationary
point. A common strategy to improve efficiency is to reuse off-policy information
from past iterations, such as previous gradients or trajectories. While gradient
reuse has received substantial theoretical attention, leading to improved rates of
O(ε^(-3/2)), the reuse of past trajectories remains largely unexplored from a theoretical
perspective. In this work, we provide the first rigorous theoretical evidence that
extensive reuse of past off-policy trajectories can significantly accelerate convergence
in PG methods. We introduce a power mean correction to the multiple importance
weighting estimator and propose RPG (Retrospective Policy Gradient), a PG
algorithm that combines old and new trajectories for policy updates. Through
a novel analysis, we show that, under established assumptions, RPG achieves a
sample complexity of O(ε^(-1)), the best known rate in the literature. We further
validate empirically our approach against PG methods with state-of-the-art rates
RFID technology and human factors engineering: a strategy for blood transfusion error prevention
No full textLAUREA MAGISTRALELa trasfusione di sangue è una procedura medica critica e ad alto rischio, soprattutto durante la somministrazione al letto del paziente, dove un’identificazione errata dei pazienti o delle unità di sangue può portare a gravi eventi avversi. Nonostante i protocolli standardizzati, la maggior parte degli errori trasfusionali ha origine da fattori umani come il sovraccarico cognitivo o le lacune procedurali. L’Ingegneria del Fattore Umano (HFE) offre un approccio sistemico per analizzare questi rischi e progettare flussi di lavoro più sicuri. Parallelamente, l’uso di tecnologie come i codici a barre e l’RFID (Identificazione a Radio Frequenza) ha dimostrato un grande potenziale nel migliorare la tracciabilità e prevenire errori di associazione. La soluzione proposta consiste in un’applicazione per tablet abbinata a un lettore RFID UHF che rileva e verifica gli elementi etichettati (paziente, sacca di sangue, operatori), guida l’utente attraverso una checklist con doppia firma digitale, monitora il progresso della trasfusione e genera report. Il sistema è stato valutato sia tramite test tecnici sia con simulazioni al letto del paziente. Sono stati testati aspetti chiave delle prestazioni quali la portata di lettura, la stabilità della connessione, la durata della batteria, la latenza di rilevamento e la risposta a condizioni di rischio, con risultati che confermano l’affidabilità del sistema e la sua capacità di rilevare anomalie critiche. Questo lavoro dimostra che l’integrazione dell’RFID con i principi dell’HFE può ridurre efficacemente il rischio di errori trasfusionali e supportare gli operatori sanitari senza interrompere i flussi di lavoro esistenti, offrendo una base per pratiche più sicure e tracciabili.Blood transfusion is a critical and high-risk medical procedure, especially during bedside administration, where misidentification of patients or blood units can lead to severe adverse events. Despite standardized protocols, most transfusion errors originate from human factors such as cognitive overload or procedural lapses. Human Factors Engineering (HFE) offers a system-oriented approach to analyse these risks and design safer workflows. In parallel, the use of technologies like barcodes and RFID (Radio Frequency Identification) has shown great potential in improving traceability and preventing mismatches. The proposed solution consists of a tablet application paired with a UHF RFID reader. The reader detects and verifies tagged elements (patient, blood bag, operators), guides the user through a checklist with dual digital signatures, monitors transfusion progress, and generates automated reports. The system was evaluated through both technical and simulated bedside tests. Key performance aspects such as reading range, connection stability, battery life, detection latency and response to unsafe conditions were measured, and results confirm the system’s reliability and its ability to detect critical anomalies. This work demonstrates that integrating RFID with HFE principles can be employed to effectively reduce the risk of transfusion errors and support healthcare professionals without disrupting existing workflows, offering a scalable foundation for safer and more traceable practices
Lourdes 2030: come affrontare il cambiamento, una proposta metaprogettuale per ripensare l'assetto e l'accoglienza dei pellegrini alle Piscine
No full textLAUREALa proposta Metaprogettuale per un riassetto o un nuovo progetto per le
Piscine di Lourdes ha comportato per il candidato (con un’esperienza più che
trentennale nel contesto): un richiamo storico, un'analisi della situazione
attuale, molti contatti con l'utenza e con gli operatori e infine un'analisi
metodologica per giungere a una progettualità. Per capire quale sia il valore
di Lourdes oggi, è stata fatta una breve analisi delle origini, che riguardano,
come tutti sanno, le apparizioni del 1858 nella grotta che ancora oggi è
possibile visitare. Da quel momento è iniziata la costruzione degli edifici,
inizialmente le basiliche, sempre più grandi per contenere i pellegrini il cui
numero è cresciuto sempre più a partire dall’apparizione a Bernadette fino ad
arrivare a numeri molto più alti, prima del covid, e con un aumento graduale
dopo la riapertura. L'edificio-simbolo riguarda il luogo in cui vengono
effettuati i bagni con l'acqua della sorgente situata nella Grotta: le Piscine. I
progetti per una modernizzazione o uno spostamento eventuale in altri siti
sono ancora sottoposti a una valutazione da parte del Santuario, ed è sembrato
opportuno riprendere tutte queste idee per proporre l'ipotesi di un eventuale
progetto personale. Il percorso è proseguito interpellando in un primo
momento i volontari delle piscine che effettuano i bagni ai pellegrini e in un
secondo momento intervistando alcune figure di spicco di Lourdes. Per i
primi è stato preparato un questionario internazionale per capire le esigenze
riguardanti eventuali migliorie per le piscine, somministrato poi tramite i
canali informatici attraverso un QR code. Per i secondi invece sono state fatte
interviste mirate con le quali i responsabili hanno parlato del loro apporto a
questo luogo e le loro impressioni sulle possibili modifiche dell'edificio
esistente o la preparazione di un nuovo progetto. Proseguendo è stata
effettuata una comparazione tra i due procedimenti tramite una tabella che
riassumesse le posizioni prese. In seguito, è stata effettuata un'analisi dei pro
e contro a proposito della scelta tra apportare migliorie all'edificio esistente e
costruire nuove Piscine con una nuova localizzazione. Attraverso un'analisi
metodologica dei flussi dei pellegrini che usufruiscono delle piscine e dei
volontari che operano in quel luogo, si è arrivati alla proposta di un layout
organizzativo che possa prevedere i locali necessari, organizzati per
macroaree, in una nuova costruzione che possa ospitare i suddetti flussi. La
proposta del candidato vorrebbe integrarsi dal punto di vista architettonico
nei progetti che nascono e si realizzano continuamente, essendo parte di uno
spazio che non può rimanere immutato ma deve adeguarsi ai tempi, alle
persone che vi giungono e alla modernità dell'umanità, anche pensando ad
un'imprescindibile inclusive design, senza perdere il suo significato originale.Abstract
The metaproject proposal for a reorganization or a new project for the Lourdes Swimming Pools involved for the candidate (with more than thirty years of experience in the context): a historical reference, an analysis of the current situation, many contacts with users and operators and finally a methodological analysis to arrive at a project. To understand what the value of Lourdes is today, a brief analysis of the origins has been made, which concern, as everyone knows, the apparitions of 1858 in the grotto that can still be visited today. From that moment on, the construction of the buildings, initially the basilicas, began to be larger and larger to contain the pilgrims whose number grew more and more starting from the apparition to Bernadette up to much higher numbers, before covid, and with a gradual increase after the reopening. The symbolic building concerns the place where baths are carried out with the water of the spring located in the Cave: the Pools. The projects for a modernization or a possible move to other sites are still subject to evaluation by the Sanctuary, and it seemed appropriate to take up all these ideas to propose the hypothesis of a possible personal project. The journey continued by first interviewing the volunteers of the swimming pools that bathe pilgrims and then interviewing some prominent figures of Lourdes. For the former, an international questionnaire was prepared to understand the needs regarding any improvements to the pools, which was then administered through IT channels through a QR code. For the latter, on the other hand, targeted interviews were carried out with which the managers talked about their contribution to this place and their impressions of possible changes to the existing building or the preparation of a new project. Continuing, a comparison was made between the two procedures through a table summarizing the positions taken. Subsequently, an analysis of the pros and cons was carried out regarding the choice between making improvements to the existing building and building new swimming pools with a new location. Through a methodological analysis of the flows of pilgrims who use the swimming pools and the volunteers who work in that place, it was possible to propose an organizational layout that could provide the necessary rooms, organized by macro-areas, in a new building that could accommodate the aforementioned flows. The candidate's proposal would like to be integrated from an architectural point of view into the projects that are born and built continuously, being part of a space that cannot remain unchanged but must adapt to the times, to the people who come there and to the modernity of humanity, also thinking about an essential inclusive design, without losing its original meaning
Experimental investigation of induced cavitation on perforated plates
No full textLAUREA MAGISTRALEI piatti forati sono dispositivi comunemente utilizzati nei sistemi idraulici per ridurre la pressione, costringendo il flusso a passare attraverso una strozzatura. Possono essere impiegati singolarmente per uniformare e regolare il flusso, oppure con valvole o pompe, per aumentarne la resistenza alla cavitazione.
La cavitazione è un fenomeno idrodinamico che si verifica all’interno di un fluido quando la pressione locale scende al di sotto della pressione di vapore alla temperatura di esercizio, portando alla formazione e alla successiva implosione di bolle di vapore. Questo processo genera rumore ed intense onde d’urto, in grado di danneggiare tubazioni e componenti meccaniche.
Il presente lavoro di tesi magistrale analizza il comportamento idrodinamico di quattro diversi piatti forati a foro singolo, in relazione al fenomeno della cavitazione idrodinamica. Questo studio combina risultati sperimentali - ottenuti attraverso metodi convenzionali, come misure di pressione, portata, e accelerazione - con la diretta visualizzazione del fenomeno.
I Piatti Forati oggetto di studio sono caratterizzati dall'avere stesso diametro del foro e differenti spessori. Sono realizzati in Plexiglass trasparente, in modo da consentire la visualizzazione della cavitazione.
È stata condotta una campagna sperimentale che ha permesso di acquisire segnali in 4-20 mA e immagini ad alta frequenza del fenomeno, con l’obiettivo di analizzare l’influenza dello spessore sullo sviluppo della cavitazione.
I risultati sperimentali sono stati utilizzati per caratterizzare il comportamento idrodinamico dei diversi dispositivi, mentre le immagini acquisite — analizzate mediante diverse tecniche — hanno fornito indicazioni significative sull’evoluzione della cavitazione e sulle principali strutture di flusso.
Grazie all’ampia campagna sperimentale, questo lavoro fornisce una descrizione dettagliata del comportamento della cavitazione dei diversi piatti forati, dimostra una forte concordanza tra le misure convenzionali e l’analisi delle immagini, e propone un approccio originale allo studio di questo fenomeno.
Le evidenze emerse rappresentano una solida base per future ricerche che coinvolgano la visualizzazione del flusso in regimi cavitanti.Perforated plates are devices commonly used in hydraulic systems to achieve a pressure reduction by forcing the flow to pass through a constriction. They can be employed individually to uniformize and regulate the flow, or in combination with valves or pumps, to improve their resistance to cavitation.
Cavitation is a hydrodynamic phenomenon that occurs, within a fluid, when the local pressure drops below the vapor pressure at the operating temperature, leading to the formation and the subsequent implosion of vapor bubbles. This process generates noise and intense shock waves, which can damage pipelines and mechanical components.
This master's thesis investigates the hydrodynamic behavior of four different single-hole perforated plates, with respect to hydrodynamic cavitation. This study combines experimental results obtained through conventional methods, such as pressure, flow rate, and acceleration measurements, with direct visualizations of the phenomenon.
The perforated plates studied are characterized by having the same hole diameter but different thicknesses. They were manufactured from transparent Plexiglass, enabling direct visualization of the cavitation.
An experimental campaign was conducted, collecting synchronized 4-20 mA signals and high-frequency images of the phenomenon, to assess the influence of orifice plate thickness on cavitation development.
The experimental results were used to characterize the hydrodynamic behavior of the different devices, while the acquired images, analyzed using various techniques, provided insights into the cavitation evolution and main flow structures.
Thanks to the extensive experimental campaign, this work provides a detailed description of cavitation behavior across different perforated plates, demonstrates strong agreement between conventional measurements and image analysis, and proposes an original approach to the study of this phenomenon.
The findings serve as a robust foundation for future research involving flow visualization in cavitating flow regimes
Development and application of a coupled aeroelastic framework based on nonlinear structural dynamics and high-fidelity aerodynamics simulations
Full text linkLAUREA MAGISTRALENell'industria aerospaziale l'interazione fluido struttura è uno degli ambiti più studiati. Ciò è dovuto al vasto numero di applicazioni, che vanno dall'interazione tra il flusso uscente dal motore e il motore stesso, fino all'accoppiamento aeroelastico tra un flusso d'aria e una superficie aerodinamica, come ad esempio un'ala. Questa tesi affronta in particolare la seconda applicazione, con l'obiettivo di sviluppare un'infrastruttura software, basata sulla programmazione orientata agli oggetti, che permetta l'accoppiamento tra SU2, un solutore CFD, e MSC Nastran, un solutore strutturale. L'implementazione è stata progettata per integrarsi con la soluzione SOL 400 di MSC Nastran, che permette l’analisi dinamica di strutture caratterizzate da comportamenti non lineari.
L'interfaccia sviluppata è stata testata su diversi casi, sia per verificarne l’affidabilità sia per studiare nuove applicazioni caratterizzate dalla presenza di non linearità strutturali. Il primo caso esaminato riguarda l'interazione tra un flusso d'aria e un profilo NACA0012 con 2 gradi di libertà: movimento verticale e beccheggio. Questa analisi è servita per validare il codice e le funzioni implementate in esso, come l'imposizione di spostamenti. Successivamente è stato studiato un modello che presentava una nonlinearità strutturale per indagare la comparsa di oscillazioni di ciclo limite originate dall'accoppiamento aeroelastico. L'ultima applicazione riguarda l'analisi dell'interazione tra un flusso d'aria e un alettone morphing, con focus specifico sulla risposta aeroelastica a un movimento imposto.Fluid-structure interaction represents one of the most studied topics in the aerospace industry. This is due to its wide range of applications, from the interaction between exhaust fluid and an engine to the aeroelastic coupling between airflow and aerodynamic surfaces such as wings. This work specifically addresses the latter application, with the objective of developing a framework based on object-oriented programming that enables the coupling between SU2, a CFD solver, and MSC Nastran, a structural solver. The implementation was designed to work with MSC Nastran’s SOL 400, which allows the analysis of the dynamics of nonlinear structures. The FSI framework was applied to some test cases in order to verify its reliability and to study new applications characterized by structural nonlinearity. The first cases involved the interaction between airflow and a NACA0012 airfoil with two degrees of freedom: plunge and pitch. It was analyzed in order to validate the code and its implemented features, such as the imposed motion. Subsequently, a model with a structural nonlinearity was studied in order to investigate the onset of Limit Cycle Oscillations arising from aeroelastic coupling. Lastly, an investigation was carried out to analyze the interaction between airflow and a morphing aileron, focusing especially on the aeroelastic response to a prescribed motion
Industria 4.0: i real time location systems ed il loro utilizzo per l'asset management in ambito ospedaliero
No full textLAUREA MAGISTRALELe strutture sanitarie sono quotidianamente soggette a inefficienze operative, tra cui flussi di lavoro non ottimizzati, errori medici responsabili di migliaia di decessi, smarrimento di dispositivi e ingenti perdite di tempo del personale dedicate alla localizzazione e all’inventario, oltre a costi in costante aumento. Per migliorare la qualità dell’assistenza e contenere le spese, si stanno esplorando soluzioni innovative capaci di rispondere a queste criticità. I Real Time Location Systems (RTLS) si rivelano particolarmente promettenti consentendo il monitoraggio in tempo reale di personale, attrezzature e pazienti, favorendo l’ottimizzazione delle risorse, la riduzione dei tempi di intervento e lo sviluppo di servizi intelligenti che mirano al miglioramento dell'efficienza dei processi ospedalieri. Nonostante i benefici di efficienza operativa siano documentati dalla letteratura, l’adozione su larga scala dei RTLS nelle organizzazioni sanitarie rimane limitata. Il presente studio si propone di individuare le tecnologie più promettenti per l’implementazione di sistemi RTLS in ambito ospedaliero, descrivere scenari applicativi in cui queste soluzioni hanno apportato vantaggi operativi concreti e proporre un framework metodologico volto a supportare la valutazione e l’implementazione di un Real Time Location System in una struttura sanitaria.Healthcare facilities are subject on a daily basis to operational inefficiencies, including unoptimized workflows, medical errors responsible for thousands of deaths, lost equipment and substantial staff time devoted to locating and inventorying assets, as well as ever-rising costs. To improve the quality of care and contain expenses, innovative solutions capable of addressing these challenges are being explored. Real Time Location Systems (RTLS) have proven particularly promising, enabling real-time tracking of staff, equipment and patients, promoting resource optimization, reducing response times and fostering the development of intelligent services aimed at improving the efficiency of hospital processes. Although the operational benefits are well documented in the literature, large-scale adoption of RTLS in healthcare organizations remains limited. This study aims to identify the most promising technologies for implementing RTLS in hospital settings, describe application scenarios in which these solutions have delivered concrete operational advantages, and propose a methodological framework to support the evaluation and implementation of a Real Time Location System in a healthcare facility
Design and optimization of a mothership-based active debris removal strategy
Full text linkLAUREA MAGISTRALELa crescente minaccia dei detriti spaziali, con oltre 36.000 oggetti tracciati in orbita terrestre bassa (LEO), ha reso la loro rimozione attiva una priorità critica, sottolineata dalle numerose manovre anti-collisione eseguite annualmente da asset come la Stazione Spaziale Internazionale (ISS). Questa tesi affronta tale sfida proponendo una strategia di rimozione basata su una "mothership" (nave madre). La mothership applica dei kit di deorbiting ai detriti, spostandosi in modo efficiente tra un detrito e l'altro mentre gli oggetti deorbitati rientrano nell'atmosfera. Questo approccio ottimizza la missione, consentendo la rimozione di più detriti in una singola operazione.
Il problema è formulato come un Time-Dependent Rooted Orienteering Problem (TDROP). Data la sua complessità computazionale NP-hard, il problema non può essere risolto in modo esatto. Per questo scopo viene proposto un approccio matheuristico basato su un modello di Programmazione Lineare Intera Mista (MILP). Il metodo impiega una strategia a orizzonte mobile (rolling horizon), in cui l'orizzonte temporale viene discretizzato in slot temporali e il modello MILP è risolto in modo iterativo. In ogni passo, la posizione di partenza della mothership viene fissata sulla base della locazione finale della soluzione calcolata nell'iterazione precedente.
Per gestire la complessità computazionale, l'insieme dei detriti è limitato a 20 elementi ad alta priorità, selezionati tramite indici ambientali. Un'ulteriore riduzione è ottenuta tramite un pre-processing che raggruppa detriti spazialmente vicini in un unico cluster. Il modello MILP di ogni iterazione è risolto utilizzando il software CPLEX.
I risultati confermano l'efficacia della strategia proposta, generando traiettorie di missione fattibili ed efficienti. La validità del modello è confermata da test su istanze reali derivate dal catalogo spacetrack.org, dimostrandone l'applicabilità a scenari pratici.The escalating threat of space debris, with over 36,000 tracked objects in Low Earth Orbit (LEO), has made active removal a critical priority, underscored by the numerous collision avoidance maneuvers performed annually by assets like the International Space Station (ISS). This thesis addresses this challenge by proposing a mothership-based removal strategy. The mothership applies deorbiting kits to debris, allowing it to move efficiently between targets while the deorbited objects re-enter the atmosphere. This approach optimizes the mission by enabling the removal of multiple debris in a single operation.
The problem is formulated as a Time-Dependent Rooted Orienteering Problem (TDROP). Given its NP-hard computational complexity it cannot be solved in exact way. To this purpose a matheuristic approach, based on a Mixed Integer Linear Programming (MILP) model, is proposed. The method employs a rolling horizon strategy, where the time horizon is discretized in time slots and the MILP is solved iteratively. In each step, the mothership's starting position is fixed based on the location of the solution computed at the previous iteration.
To manage computational complexity, the debris pool is limited to 20 high-priority elements selected via environmental indices. A preprocessing step further reduces the problem size by clustering spatially close debris into single targets. The MILP model for each iteration is solved using the CPLEX software.
The results confirm the effectiveness of the proposed strategy, producing feasible and efficient mission paths. The model's validity is confirmed through testing on real-world instances derived from the spacetrack.org catalog, demonstrating its applicability to practical scenarios