Attività scientifica

1. Tramite l’analisi digitale dell’immagine è stato affrontato lo studio delle deformazioni d’una piastra sottoposta a differenti condizioni di carico. Lo studio è basato sulla misura dell’energia radiante, esaminando l’intera immagine. Il metodo concorda con i risultati di tecniche già definite nello stato dell’arte esistente. Lo studio è riportato nella memoria numero 8 «Study of Deformations in Objects under Stress Using Digital Image Analysis» 1995.

2. Sono state eseguite prove statiche su AISI 304 e AISI 316, al fine d’esaminare la variazione termica sulla superficie del provino durante tutta la prova. Sono state messe in evidenza le diverse fasi di rilascio termico, corrispondenti a diverso stato tensionale di sollecitazione del provino. Le curve ricavate danno indicazioni importanti sulla fase d’inizio di microplasticizzazione correlabili con il limite di fatica del materiale. Il relativo lavoro corrisponde alla memoria 14.

3. Nel lavoro «Controllo di Componenti d’Elettronica di Potenza tramite Infrarosso Termico», viene descritta un’applicazione delle tecniche non distruttive al controllo di componenti d’elettronica di potenza. In particolare, sono state usate tecniche all’infrarosso termico, per individuare difetti presenti nelle saldature di connessione dei pin di chip relativi a diodi controllati. L’analisi digitale delle immagini, acquisite durante l’indagine, ha rilevato, tramite tecniche d’interpretazione assistita da elaboratore, la presenza di difetti nelle saldature dei componenti in esame. Il lavoro è stato pubblicato degli Atti della Conferenza Nazionale sulle Prove non Distruttive, Monitoraggio, Diagnostica dell’Associazione Italiana Prove non Distruttive (AIPnD) di Torino nel 1995 numero della memoria 6.

4. Nella memoria numero 4 viene studiato un sistema di image processing per la caratterizzazione geometrica di pezzi meccanici, mediante l’uso di reti neurali. Esso consente il trattamento di una elevata mole di dati e la caratterizzazione geometrica intelligente di pezzi meccanici attraverso l’acquisizione di immagini digitali.

5. È stato studiato un sistema di controllo automatico per la produzione di oggetti industriali. Il prototipo comprende un sistema di acquisizione ed elaborazione di immagini, un sistema di riconoscimento del pezzo tramite rete neurale con funzioni decisionali e un sistema di analisi di immagini vettorializzate. Il prototipo consente il controllo dimensionale di pezzi meccanici con pacchetti software dedicati in linguaggio OCCAM con applicazione su architetture parallele (transputer), ed offre la possibilità di rendere vettoriali le immagini acquisite. Il relativo lavoro, «Controllo Automatico di Oggetti di Produzione Industriale tramite Elaborazione Digitale d’Immagine», riportato nella memoria 7.

6. La metodologia innovativa dell’infrarosso termico è stata applicata alla definizione della resistenza a fatica d’una ghisa arricchita (austempered ductile iron), austenizzata ad 850 °C per tempi diversi (da 15 a 360 minuti). Per la prima volta questo metodo mette in relazione l’energia di smorzamento della fase plastica con la tensione applicata, e pone in evidenza come la rottura del provino avvenga in corrispondenza d’un valore specifico d’energia interna caratteristico del materiale. Il relativo lavoro, «Determinazione del Limite di Fatica in Materiali Sottoposti a Differenti Trattamenti Termici mediante Considerazioni Energetiche», è stato pubblicato da pag. 1 a pag. 12 degli Atti del Ventiseiesimo Convegno Nazionale dell’Associazione per l’Analisi delle Sollecitazioni, Associazione per l’Analisi delle Sollecitazioni (AIAS’97) memoria numero 12.

7. È stato proposto un primo approccio alla realizzazione d’un prototipo a reti neurali per la determinazione di difetti superficiali di pezzi meccanici. Il programma è stato realizzato in C++, e proponendo le fasi fondamentali del processo di basso e medio livello della visione robotica. I pezzi utilizzati, messi a disposizione dalla Stazione Elicotteri della Marina Militare (MARISTAELI) di Catania, sono componenti di elicotteri. L’esigenza di tale studio nasce dal realizzare un sistema di controlli non distruttivi nuovo, mediante l’analisi dell’immagine, ed indipendente dall’opinione dell’operatore. Il relativo lavoro, «Development of a Neural Network Hybrid for the Analysis of Surface Defects in Mechanical Elements», memoria numero 13 presentata all’Associazione Nazionale Disegno di Macchine (ADM) di Firenze nel 1997. Ha studiato una nuova metodologia di controlli non distruttivi, svincolata da quelle già esistenti. Questa, tramite l’uso delle tecniche d’elaborazione d’immagine e dell’intelligenza artificiale (in particolare le reti neurali), permette l’individuazione automatica del difetto, attraverso una scansione della scena di riferimento e la definizione delle caratteristiche fondamentali del difetto stesso presente in un pezzo meccanico. È il caso della crack detection, cioè acquisizione dell’immagine di parti superficiali di pezzi meccanici, ed analisi tramite un appropriato software che sia in grado di riconoscere la cricca dopo la necessaria fase di learning e calibrazione delle primitive di lavoro. è stato studiato un sistema automatico per l’individuazione e la caratterizzazione geometrica di pezzi meccanici tale studio viene redatto nella memoria numero 4. Le memorie numero 17 e 22 trattano dello sviluppo progressivo di tale studio iniziato nel 1997 sulla caratterizzazione dei difetti superficiali presenti sui materiali, operando la creazione di un sistema automatico per l’individuazione di tali difetti e la loro caratterizzazione geometrica, sistema più versatile e di maggiore sensibilità rispetto ai sistemi e procedure noti dallo stato dell’arte esistente.

8. Viene proposto un sistema automatico di movimentazione d’una telecamera operante nell’infrarosso, per il controllo degli impianti industriali. L’uso di tecniche remote d’acquisizione consente un controllo accurato e in tempo reale. Infatti, il sistema offre numerosi vantaggi, quali l’acquisizione di dati in intervalli regolari e/o in regime continuo. Tale studio viene redatto nelle memorie numero 15 e 16.

9. Sulla base di ricerche condotte in precedenza relativamente al metodo termografico sulla caratterizzazione delle proprietà dinamiche di materiali e elementi di macchine comunemente usati in campo industriale. È stato studiato l’utilizzo dei dati termografici per la determinazione della curva a tempo di materiali ed elementi di macchina. Tramite considerazioni energetiche relative al lavoro riportato nella memoria numero 23, viene descritta una procedura per la definizione dell’intera curva di fatica, verificata con dati acquisiti durante le ricerche condotte negli anni precedenti per la definizione del metodo termografico Risitano. Tale metodo oggi viene utilizzato in diverse applicazioni industriali. Lo studio sperimentale relativo alla fatica dei materiali porta alle produzione delle memorie numero, 12, 14, 18, 19, 21, 23, 25, 33.

10. Nell’ambito della collaborazione con il Department of Metallurgy and Materials Engineering della Facoltà d’Ingegneria dell’Università di Malta, è stato utilizzato il metodo Risitano per analizzare l’influenza della temperatura d’austenizzazione su ghise legate. Vengono, pertanto, determinate in modo rapido le curve di Wöhler. I risultati ottenuti, confermati dai risultati metallografici, verificano che il migliore comportamento dinamico del materiale si ha per temperature d’austenizzazione nell’intorno degli 850 °C. Il relativo lavoro corrisponde alla memoria 18.

11. Le memorie numero 27, 28, 29, 31, trattano della modellizzazione matematica e dello sviluppo di sistemi di controllo di sospensioni semi-attive per autoveicolo e veicoli industriali. Con maggiore esattezza viene studiato il sistema sospensivo Sky-Hook e ad esso vengono applicate tecniche di analisi e ottimizzazione per il controllo del medesimo del tipo Soft Computing. Per lo sviluppo al calcolatore della logica di controllo è stato creato un modello simulink in grado di riprodurre il comportamento dei veicoli esaminati, realizzato mediante modellizzazione a parametri concentrati a cui è stato aggregato il blocco di controllo.

12. Nella memoria numero 30 si affronta un problema di sicurezza passiva applicato nel caso di utenti disabili. Scelto un veicolo di riferimento, sono state analizzate le differenze di risposta biomeccanica dell’occupante, in caso di urto frontale ad alta velocità, tra utenza disabile ed utenza tradizionale, attraverso l’impiego della simulazione numerica (codice di calcolo MADYMO delle TNO Automotive). Gli effetti sulla protezione dell’occupante causati dalla presenza delle modifiche apportate al veicolo per consentirne la guida da parte di un soggetto disabile sono stati quindi identificati ed un’ ipotesi di modifica dei sistemi di ritenuta, per il miglioramento della risposta biomeccanica dell’utente disabile, è stata formulata e verificata a calcolo.

13. La memoria numero 36 tratta dello studio condotto nell’ambito dei fenomeni di microplasticizzazione dei materiali, attraverso un sistema dedicato. La caratterizzazione dei materiali elastoplastici nel campo delle elevate deformazioni è resa difficoltosa dall’insorgere del fenomeno di necking, che crea un disturbo dei campi pensionali e deformativi rendendo le grandezze caratterizzanti il materiale (tensione equivalente e deformazione plastica equivalente) non misurabili. Nella memoria numero 36 si utilizza un metodo messo a punto di recente che permette di convertire la tensione assiale media sperimentale (true stress), agente sul provino cilindrico in ogni istante della prova di trazione, in una stima equivalente media all’interno della stessa sezione del provino Tale tensione è l’unica effettivamente significativa per la caratterizzazione elastoplastica del materiale, ed il modo migliore per valutare la bontà della stima con cui essa è stata ottenuta è certamente il metodo agli elementi finiti. Infatti, se utilizzando la curva costitutiva così ottenuta come ingresso per una analisi FEM, questa analisi fornisce risultati in accordo con i dati sperimentali anche nella fase post-necking, allora può ritenersi validata la curva costitutiva stessa. Un paragone tra i risultati così ottenuti e quelli derivanti dall’uso del FEM guidato dalla curva sperimentale senza alcuna correzione per il necking, mostra come in realtà non sia possibile trascurare l’effetto del necking nella determinazione della curva costitutiva e come il metodo messo a punto per effettuare tale correzione fornisca un risultato molto prossimo a quello reale, attualmente non misurabile o determinabile in alcun modo.

14. Nello studio dei fenomeni di plasticità risulta importante la conoscenza e la quantizzazione dei microvuoti in quanto collegabili con il parametro di danno e conseguentemente con la resistenza residua. In questo lavoro sono state eseguite indagini su provini sollecitati a trazione per i quali con il sistema proposto sono stati valutati i parametri, sotto certi aspetti , indispensabili nello studio dei fenomeni di plasticità (microvuoti). È stato proposto un sistema che consente la caratterizzazione dei microvuoti presenti nella fase di post necking conseguente alla fase di plasticizzazione. Il sistema si basa su una analisi di immagini rilevata su superfici opportunamente lappate. I contorni dei microvuoti vengono definiti attraverso una analisi computazionale eseguita mediante l’applicazione di opportuni applicativi dedicati (Correlation,). La profondità viene determinata mediante analisi stereoscopica mediante software dedicato (Voidmap). L’applicazione ha permesso di verificare la coerenza dei dati forniti dalle prove di trazione con i risultati dell’analisi computazionale. È stato messo anche in evidenza la necessità di una corretta procedura di preparazione dei provini per la ricerca delicata di micro-parametri. Tale studio viene riportato nella memoria numero 34.

15. Il lavoro proposto si pone come obiettivo quello di definire uno strumento di analisi delle profondità di smontaggio dei componenti costituenti un sistema costruttivo. Tale strumento deve elaborare dati relativi alle caratteristiche geometriche delle parti costituenti un assemblato, e ai relativi sistemi di giunzione, e sulla base di queste informazioni deve classificare i componenti in base alla corrispondente difficoltà di smontaggio. Fissate le caratteristiche della soluzione progettuale da analizzare è possibile calcolare le proprietà obiettivo e le profondità di smontaggio di ciascun componente. Quest’ultima valutazione avviene mediante uno specifico strumento di classificazione basato su reti neurali, che riesce in maniera automatica a classificare componenti o subassemblati costituenti il complesso costruttivo in base alla difficoltà di disassemblaggio, al variare della direzione di smontaggio. Dall’insieme di queste informazioni è possibile ottenere la distribuzione dei valori assunti da opportune funzioni obiettivo in grado di quantificare l’efficienza della soluzione progettuale in relazione alle necessità di smontaggio.La procedura di analisi proposta consente in definitiva: di confrontare diverse alternative progettuali, e valutare quella ottima. Tale lavoro viene redatto nella memoria numero 35. Inoltre nel medesimo campo di ricerca è stata prodotta la memoria 37.

16. La memoria numero 32 riporta il lavoro svolto , nell’ambito delle numerose collaborazioni tra il Dipartimento di Ingegneria Industriale e Meccanica e il Polo di ricerca di Catania CRF (Centro Ricerche Fiat), ha come scopo l’analisi dei sistemi di controllo della frenatura su veicoli di serie e lo sviluppo di una nuova strategia per il controllo antibloccaggio completo. L’obiettivo è quello di realizzare un nuovo sistema di controllo ABS, che permetta di migliorare le prestazioni dei sistemi attualmente in commercio. Per nuovo si intende un sistema che migliori non la natura fisica dei componenti idraulici ed elettronici in uso, ma la gestione di questi attraverso una nuova strategia di controllo. La ricerca è stata orientata ad ottimizzare la gestione delle variabili di controllo già usate ed eventualmente trovarne di nuove con l’intento di migliorare le prestazioni del sistema: riduzione degli spazi di frenata e migliore controllabilità direzionale del veicolo. In questo lavoro in particolare vengono mostrati i risultati raggiunti in simulazione, in ambiente Matlab-Simulink, su un modello monocorner. Inoltre sempre nell’ambito del controllo di sistemi meccanici sono state prodotte le seguenti memorie: 38; 39;40;41; 42.

17. Nelle memorie 1, 2, 3, 5, 9, 10, 11, vengono trattate problematiche di impatto ambientale relative all’elaborazione di immagini da satellite (remote sensing) nel campo del visibile e del nell’infrarosso termico, mediante software dedicati per l’individuazione di modelli matematici che descrivono importanti parametri per la caratterizzazione dello stato di inquinamento del mare. Inoltre viene compiuta in collaborazione con il CNR e l’istituto di Vulcanologia di Catania uno studio sull’erosione del suolo tramite l’applicazione di tecniche di image processing, su immagini da satellite.

18. Nelle memorie 37 e 45, si propongono metodologie di progettazione meccanica nel campo del Green Design “Disassembly Planning of Mechanical Systems” (Criteri e Modellizzazione per la Progettazione ambientale).

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